UNIVERSIDAD DE COSTA RICA ESCUELA DE AGRONOMÍA REGULADORES DE CRECIMIENTO VEGETAL (AF-5408)

1. UNIVERSIDAD DE COSTA RICAESCUELA DE AGRONOMÍAREGULADORES DE CRECIMIENTO VEGETAL (AF-5408) AZÚCARES Carlos Corrales Alfaro A72062

2. Introducción • Las plantas, limitadas por su ambiente, necesitan integrar una gran variedad de estímulos con su actividad metabólica, crecimiento y desarrollo. Los azúcares generados por la fotosíntesis de la fijación de carbono, son centrales en la coordinación de los flujos metabólicos en respuesta a los cambios del ambiente y en el suministro de células y tejidos con la energía necesaria para la continuación del crecimiento y supervivencia. (Ramon et al. 2008) Glucosa

3. Generalidades • Compleja red de vías metabólicas y de señalización hormonal están íntimamente ligados a las diversas respuestas del azúcar. • Hexoquinasas (HXK), función metabólica en catalizar la conversión de glucosa en glucosa-6-fosfato (primera etapa de la glucolisis), papel en la detección y señalización de los niveles de glucosa, control de retroalimentación de la expresión génica de la fotosíntesis. • Los azúcares son la principal fuente de carbono y de energía como combustible y de la construcción de células, regulación del metabolismo, resistencia al estrés, crecimiento y desarrollo.

4. Generalidades • Los azúcares están presentes en el rango milimolar. • Péptidos pequeños, hidroxiprolina, betaina y otros aminoácidos derivados, inducen respuestas de defensa de la planta, lo que aumenta la tolerancia de la planta a una variedad de estreses abióticos (UV, sequía, salinidad, congelación y alta temperatura).

5. Generación de señales de azúcar Luz solar Tejidos fotosintéticos (CO2 y H2O) Carbohidratos y O2 Día Variedad de azúcares son producidas por el metabolismo de la planta en diferentes momentos y lugares Cloroplastos Citosol (hexosa-fosfatos o sacarosa) para uso local o almacenamiento en vacuolas Triosa-fosfatos Almidón transitorio (durante el día) (tejidos no fotosintéticos) Sacarosa-diferentes hexosas por invertasas y sintasas de sacarosa o almacenados en las vacuolas y en amiloplastos como almidón (largos periodos de almacenamiento) Removilizados y exportados como maltosa y glucosa (noche siguiente)

6. Generación de señales de azúcar • A fin de coordinar todos estos procesos y responder apropiadamente a los cambios del medio ambiente (que afectan el metabolismo energético) y la alteración del metabolismo y la demanda de energía durante el desarrollo, las plantas han desarrollado una serie de mecanismos para detectar específicamente diversas ´´señales de azúcar´´. • Comunicación eficiente entre las actividades en diferentes órganos, tejidos y compartimentos subcelulares, para un uso óptimo de la disponibilidad de recursos para el crecimiento y desarrollo. • Estrés y hormonas-interacción de los cambios sutiles fuente-sumidero; expresión de la invertasa inducida por reacción microbiana y estimulación del crecimiento por citoquininas y brasinoesteroides; etileno reprime expresión invertasa

7. Biosíntesis Ramón et al. 2008

8. Azúcares y conexiones con hormonas • Los azúcares modulan muchos procesos vitales que también son controlados por las hormonas durante el crecimiento y desarrollo de la planta. Control extensivo de la glucosa de la biosíntesis del ABA y los genes de señalamiento que provoca parcialmente el etileno León y Sheen, 2003

9. Efectos fisiológicos • Durante el crecimiento y desarrollo de la planta, los azúcares modulan procesos fisiológicos como: • Germinación de las semillas • Desarrollo de plántulas • Diferenciación de hojas y raíces • Transición floral • Maduración del fruto • La embriogénesis • La senescencia • Respuestas a la luz, estrés y patógenos

10. Efectos in vitro • Niger (Guizontiaabyssinica) • La naturaleza de autoincompatibilidad del Niger complica el desarrollo de la producción de líneas puras y el mantenimiento. • Método alternativo: Inducción de haploides por cultivo de anteras y posterior inducción de haploides dobles. • Medio B5 suplementado con 10 µM 2,4 ácido diclorofenociacético (2,4-D), 2 µM kinetina (KIN), con concentraciones 0,05-0,5 y diferentes azúcares (sacarosa, maltosa, glucosa y fructosa) • Callos embriogénicos se subcultivaron en el medio B5 0,5 µM BA y 0,09 M de sacarosa, diferenciación del embrión. Embriones cotiledonales cultivaron en un medio B5 10 µM ABA y 0,09 M de sacarosa, para la maduración del embrión. Embriones maduros se cultivaron en un medio B5 0,09 M de sacarosa. • % embriogénesis de anteras, embriones y plantas por tratamiento

11. Cuadro 1. Efecto de diferentes azúcares en la androgénesis de Niger (Guizotiaabyssinica) Hema y Murthty, 2007

12. Gerbera (Gerberajamesonii H. Bolus) • Investigación: Laboratorio de Cultivo de Tejidos Vegetales, Colegio Postgraduados Montecillo, México • Murashige y Skoog (MS), suplementado con sacarosa (30 g L-1) y NaH2PO4.H2O para evitar la formación de callo, y 80 mg L-1de Sulfato de Adenina; el pH se ajustó a 5, 7 ± 0,1 usando NaOH y HCl. • Estudio, tres fases experimentales: Fase de inducción de brotes • Se desectaron brotes sin hojas visibles (2 cm) y fueron establecidas en tubos de ensayo que contenían 10 mL del medio de cultivo, además BA o cinetina (2,2; 4,4 y 8,8 µM) o tidiazuron (TDZ) (0,45; 1,1; 2,2; 4,4 y 8,8 µM). • Evaluación: quinta semana inicio de formación de brotes, número de hojas por explante y número de hojas por brote.

13. Fase de enraizamiento in vitro • Se utilizaron brotes de cinco variedades de Gerbera, 2 cm de longitud con tres hojas como mínimo. El medio utilizado fue MS al 50 % adicionando 0,3 mg L-1 de AIA, dos concentraciones de sacarosa (2 y 4 %, p/v), 6,0 g L-1 de agar ajustando el pH a 5,7 ± 0,1 con NaOH y HCl. • Evaluación: prueba no se incluyeron los provenientes de los tratamientos con 8,8 µM (presentaron deformación en brotes y hojas. Las variables evaluadas fueron: inicio de formación de raíz (días), número de raíces y longitud de la raíz (cm). Concluida la fase de enraizamiento, se procedió a trasplantar las plantitas en bandejas de 120 cavidades de 2 cm2. Fase de aclimatación de plantas • Se evaluaron dos sustratos: SunshineGrowing-Mix 3 marca Sun Gro (mezcla comercial) y una mezcla de laboratorio, así como el efecto de los cuatro mejores tratamientos de inducción de brotes combinados con 20 y 40 g L-1 de sacarosa durante el enraizamiento de los brotes. • 5 semanas, evaluó número de plantas sobrevivientes y trasplantaron a bolsas de polietileno (sustratos antes referidos), colocaron en invernadero por un periodo de 2 meses. Se evaluaron cada quince días variables como: número de hojas por planta, área foliar, peso fresco y peso seco.

14. Cuadro 2. Respuesta organogénica en la fase de inducción de brotes de Gerberajamesoniicon varios reguladores de crecimiento Olivera et al. 2000

15. Cuadro 3. Respuesta organogénica durante el enraizamiento in vitro promedio de Gerberajamesoniicon dos concentraciones de sacarosa.

16. Cuadro 4. Efecto residual de los tratamientos en la sobrevivencia, crecimiento y desarrollo de Gerberajamesoniien invernadero. • Durante el preacondiciodamiento, con la alta concentración de sacarosa se incrementa la cantidad de carbohidratos almacenados en los brotes y aumenta la energía disponible para plántulas formadas in vitro que actúan como órganos de reserva de carbohidratos que servirán para desarrollar hojas más eficientemente fotosintéticas.

17. Efecto del azúcar como amortiguador del estrés ocasionado por factores abióticos Trasplante

18. Conclusiones • Los azúcares complementan e interactúan con una variedad de hormonas y factores de crecimiento en el señalamiento de mecanismos que modulan el metabolismo y el crecimiento en sentidos complejos • Fuente de energía de las células • Relación fuente-sumidero • Protección de la planta

19. MUCHAS GRACIAS…