INTRODUCCIÓN

1. INTRODUCCIÓN La productividad vegetal se influencia por los estreses ambientales. La tolerancia se logra por transferencia de genes que codifiquen proteínas o enzimas desde otros organismos. El interés primordial son los mecanismos moleculares, pero se enmarca dentro de un proceso fisiológico integrado a las funciones celulares. El enfoque se basará en aquellas respuestas que involucran la síntesis de novo de proteínas y que su regulación dependa de ciertas moléculas de señalización.

2. Dogma central de la genética molecular DNA Replicación Transcripción RNA Traducción PROTEÍNAS

3. PROCESOS COMUNES DE RESPUESTA DE LAS PLANTAS (NIVEL MOLECULAR). Percepción de señales ambientales (biofísica o iónica) por un receptor especifico o sistemas sensores. Transducción de las señales por un cambio de procesos que operan directamente sobre el metabolismo o por modificación de la expresión genética. Aparición de una respuesta fisiológica, haciendo el genotipo mas apto para el ambiente corriente.

4. Características moléculas bioactivas de señalización. • Molécula diatómica pequeña con una alta difusividad, exhibiendo propiedades hidrofóbicas. • Rápida migración en las regiones hidrofóbicas de la célula. • Difusión libre a través de la fase lipídica de las membranas.

5. Hormona vegetal o fitohorma En las células, interactúan con proteínas específicas llamadas receptores, siendo el complejo hormona-receptor formado, la forma activa de la hormonas

6. Sistema de respuesta de la acción hormonal Parte I: La hormona debe encontrarse en cantidad suficiente en las células adecuadas. Parte II: La hormona debe ser reconocida y capturada con fuerza por cada uno de los grupos de células que responden a ella. (Células blanco) (Proteínas receptoras en la membrana plasmática). Parte III: La proteína receptora debe causar algún otro cambio metabólico que conduzca a la amplificación de la señal o el Mensajero Hormonal.

7. Mecanismo de acción hormonal • Percepción de la señal (Primer mensajero) por la célula. • Generación y transmisión de la señal (Transducción). • Activación de un cambio bioquímico (Respuesta). CADENA DE PERCEPCIÓN Y TRANSDUCCIÓN DE LA SEÑAL (Rapidez, Sensibilidad y Especificidad)

8. Receptores Proteína-Quinasa (Familia MAP-Quinasas) No Proteína-Quinasa (GTPasa) Segundos mensajeros • Acido fosfatídico • Lisofosfolípidos • Inositol-1,4,5-trifosfato (IP3) • 1,2-diacilglicerol (DAG) • Guanosinamonofosfato cíclica (CGMP) • Adenosinadifosfato cíclica ribosa (cADPR) • -Ca 2+ ; -H+ ; -agentes redox

9. PAPEL DEL ÓXIDO NÍTRICO • Radical libre gaseoso, con periodo vida media de 3-5 s. • Especie muy reactiva, que en presencia de dioxígeno forma otros óxidos. • Se obtiene por: acción de la sintasa óxido nítrico (cataliza oxidación de uno de los átomos en L-arginina con liberación de dioxígeno y NADPH; a partir de la NiR, que produce NO y libera NAD(P)H.

10. PAPEL DEL OXIDO NITRICO. • Regula la casacada de señalización con movilización de Ca(2+). • Regula la homeostasis del Ca(2+) citosólico, a partir de la proteín kinasa y la MAP kinasa. • Puede influir en la biosíntesis del etileno (maduración y senescencia)

11. PAPEL DEL OXIDO NITRICO. • Incide en las siguientes expresiones génicas: PAL, chalcona sintasa, proteína relacionada con patogénesis, oxidasa alternativa, ácido oligogalacturónico. • Regulación sobre: estrés de sequía, alta y baja temperatura, salinidad, metales pesados y estrés oxidativo, acumulación de fitoalexinas.

12. FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN. • Son proteínas de localización nuclear que se unen a secuencias específicas de ADN y que modulan la expresión génica. • b-Zip. Grupo de proteínas con cremallera de leucina (actúan como dímeros) y una zona de a.a. básicos por donde se unen de manera específica al ADN. Contribuyen a la eficiencia que la ARN polimerasa se une al promotor e inicia la transcripción.. Regulan a partir de modificación post-ttraduccional (fosforilación) en respuesta a estímulos externos.

13. FACTORES DE TRANSCRIPCION. • Factores relacionados conMyb y Myc. Implicados en la biosíntesis de pigmentos. • Homeodominios. Muchos genes contienen las cajas homeóticas (secuencia de 180 pb que codifica 60 aa), que es una región de unión al ADN. Participan en el control de la diferenciación ceelular y los patrones de formación. • Cajas MADS. Proteinas en cuyos 56 aa están localizados los dominios de unión al ADN, dimerización y atracción de factores secundarios.. Se asocian al desarrollo floral. • Factores de unión a la caja TATA (TBPs). Se encuentra en la mayoría de genes transcritos por la ARN polimerasa II y a ésta se une un tipo de factor general llamado TBP.

14. INGENIERIA METABÓLICA. • Tecnología que se ocupa de la manipulación del ADN que forma parte o regula las vías metabólicas del organismo estudiado, con el fin último de manipularlas. • Alteración racional y dirigida de las rutasa metabólicas de un organismo para comprender mejor y utilizar las rutas celulares en transformaciones (conversiones), transducción de energía y ensamblaje supramolecular. • Campo interdisciplinario, cuyo interés estriba en redirigir los flujos metabólicos. • Su objetivo primario es el control del flujo metabólico (tasa a la que el material se convierte evía reacciones y rutas metabólicas).

15. INGENIERIA METABÓLICA Requiere de una guía a partir de aproximación interactiva NECESITA Estimaciones in vivo de flujos metabólicos Tamaño del pool de intermediarios (métodos de trazadores isotópicos).

16. CONDICIONES DEL MODELO • a) Mapa metabólico (síntesis del osmolito). • b) Entrada de datos: • Mediciones del tamaño de los pools intermediarios y productos finales. • Cálculo de velocidades de flujos • (marcaje radiactivo). • c) Ajuste de datos al mecanismo descrito. • d) Terminación interactiva por variación • de las velocidades de flujo y tamaño del pool.

17. POTENCIALIDAD DE LOS MODELOS PREDECIR EL IMPACTO DE UNA MODIFICACIÓN SOBRE EL FLUJO DEL MECANISMO (insertar un transgene para regular desde fuera una etapa en la vía)

18. INGENIERIA METABOLICA INVERSA. • La estrategia de la IMI, pasa por las siguientes etapas: • A) Identificación, construcción o cálculo de un fenotipo deseado. • B) Determinación de los factores ambientales o genéticos que le confieren dicho fenotipo. • C) Introducción del fenotipo sobre otra cadena u organismo por manipulación ambiental o genética dirigida.

19. TECNICAS METABOLONICAS. • Metabolón: Sistema multienzimático organizado, por interacciones específicas de enzimas solubles que se unen a membranas. Ejemplo: citocromo P450s que cataliza reacciones secuenciales del metabolismo secundario. La bicapa lipídica del RE sirve de modelo para este estudio.

20. Producto Producto E3 E2 E1 E4 E1 E3 E4 E2 Sustrato Sustrato Difusión de metabolitos en una etapa limitante en la conversión de S --> P inhibición de la vía activación de la vía Alto (S --> P) Flujo (enzimas enlazadas) Bajo Flujo (enzimas solubles) membrana o citoesqueleto • E1, E2, E3 y E4 representan las enzimas secuenciales que catalizan las reacciones consecutivas de la vía metabólica. • Sustrato y Producto representan el metabolito inicial y el producto final, respectivamente.

21. CONTROL METABOLICO. • A) Regulación alostérica. • B) Modificación covalente reversible. • C) Transferencia directa o canalización de intermediarios entre enzimas consecutivas. • D) Alterando propiedades cinéticas de la enzima debido a cambios conformacionales que existen durante el enlazamiento. • Ejemplo: Canalización de sustratos entre las enzimas de la Vía Pentosas-P (cloroplastos iluminados), y que dichas enzimas aparecen como un complejo proteico supramolecular, el cual puede asociarse reversiblemente con las membranas tilacoides en la luz.

22. MEMORIAS EN PLANTAS. • La exposición de plantas a bajos niveles de ciertos compuestos volátiles puede elicitar respuestas a estreses, a partir de huellas aun en la ausencia de exposición al estrés real. • Los mecanismos moleculares se basan en: • A) acumulación de proteínas de señalización. • B) Acumulación de factores de transcripción

23. ESTRÉS (pre-exposición) (abiótico o biótico) Cambio epigenético (mecanismo 2) Acumulación de proteínas o factores de transcripción (mecanismo 1) IMPRESIÓN DE ESTRÉS ESTRÉS (exposición) Respuesta fisiológica

24. Mecanismos moleculares. • A) La impresión puede acumular proteínas de señalización en configuración inactiva, que se activan en presencia del estrés, por acción de proteína quinasa que se activa por cambios en niveles de Ca. (por ejemplo:. Acumulación de factores de transcripción) Se interpreta en rehidratación y estrés por frío. • B) Por cambios epigenéticos, que incluyen cambios en la actividad del ADN por modificación de histonas o remodelación de la cromatina sin alterar la secuencia nucleotídica. Se justifican ciertos eventos de desarrollo (vernalización, desarrollo de semilla).

25. Desarrollo Ingeniería Genética. • Primeras aplicaciones: Obtención de cultivos con ventajas agronómicas, proporcionando mayores rendimientos con menores costos de producción. • Segunda generación: Plantas que presentan mejores propiedades organolépticas y nutricionales. Son más complejas, implicando mayor número de genes, beneficiando tanto a los productores como al consumidor.

26. Desarrollo Ingeniería Genética. • Tercera generación: Plantas modificadas genéticamente para producir compuestos de alto valor añadido. Se pretende que la planta se convierta en una BIOFACTORIA de productos de interés en campos biosanitario, farmaceútico o industrial. • En la planta modificada se da lugar a una nueva proteína que no poseía. La proteína puede ser el producto de interés que se desea obtener (AGRICULTURA MOLECULAR) o una enzima que modifique una ruta metabólica de la planta (INGENIERÍA METABOLICA).