Un hongo que promueve el crecimiento vegetal. · del hongo Trichoderma a. Promotores del...

Un hongo que promueve el crecimiento vegetal.

Conociendo algunos blancos de los hongos en la membrana vegetal.

Dra. Sobeida Sánchez Nieto

Impulso a

adaptarse

Homeostasis

Consiste en el adecuado equilibrio de un organismo con respecto a la relación que tiene con su entorno natural.

Estado homeostático

Estrés ambiental

Estrés nutrimental

Condición fisiológica

Factores de riesgo para la salud

Un factor de riesgo es cualquier rasgo, característica o exposición de un individuo que aumente su probabilidad de sufrir una enfermedad o lesión. • Entre los factores de riesgo más importantes cabe citar:

a) la insuficiencia ponderal (es un término que se refiere a estar por

debajo del peso que se considera saludable) b) las prácticas sexuales de riesgo, c) la hipertensión, d) el consumo de tabaco y alcohol, e) el agua insalubre, las deficiencias del saneamiento y f) la falta de higiene.

“El hambre perpetúa la pobreza al impedir que las personas desarrollen sus

potencialidades y contribuyan al progreso de sus sociedades”

Kofi Annan, ONU, 2002

• El hambre es una violación de la dignidad humana y al mismo tiempo un obstáculo para el progreso social, político y económico. El derecho internacional reconoce que todos tienen el derecho fundamental a no padecer hambre, y 22 países han incorporado el derecho a los alimentos en su constitución.

Seguridad Alimentaria Nutricional, Conceptos Básicos 3ra Edición, febrero de 2011

FAO: Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura

Inseguridad alimentaria

• 30 de octubre de 2016, Roma - durante la presentación del informe anual de la FAO “El estado de la inseguridad alimentaria en el mundo” (SOFI-2006, por sus siglas en inglés), el Director General de la FAO, Jacques Diouf, exhortó a los líderes mundiales a cumplir el compromiso adquirido hace una década de reducir a la mitad el número de personas que pasan hambre en el mundo para 2015.

• Tras recordar que las promesas no sustituyen los alimentos, Diouf señaló que “hoy sufren hambre más personas en los países en desarrollo -820 millones- que en 1996”, cuando se celebró la Cumbre Mundial sobre la alimentación (CMA)”

FAO: Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura

Hay muchos factores involucrados para lograr disminuir el hambre en el mundo

Poca de la tierra es usada para la producción de

plantas de interés alimentario para el

humano

World maps of crop areas (maize, rice, wheat, and soybeans)

Monfreda, Ramankutty, Foley (2008)

Productividad de plantas

Alta productividad significa que se produce más alimento sin extender la tierra para cultivo.

Como lograr aumentar la productividad:

A. Cambiando las prácticas de cultivo

B. Utilizando semillas MEJORADAS o SELECCIONADAS, es decir con una mayor resistencia a plagas o enfermedades o resistencia a condiciones adversas de cultivo

C. Mejorando las prácticas de almacenamiento de semillas

Condiciones que afectan la productividad de los cultivos

Frequent short episodes of high temperature stress could have adverse effects on seed number, seed weight, and thus cereal yields. Reduction in 30 % has been seen in crops

Both is frequent to have more than one stress at the same time.

Abiotic stress

1. ESTRÉS DE TIPO ABIÓTICO

• El estrés abiótico supera al biótico, sin embargo, ambos están relacionados.

• Más humedad por ejemplo permite el crecimiento de hongos y bacterias

2. Estrés biótico: Virus, bacterias, hongos, nematodos y otros

The Spark by Beyond Agronomy, 2013

DISTRIBUCIÓN DEL CARBONO EN LA PLANTA (RELACIÓN FUENTE DEMANDA)

LÍNEA DE INVESTIGACIÓN

1. CONTENIDO DE CARBOHIDRATOS: Fotosíntesis 2. TRANSPORTE MEMBRANAL DE AZÚCARES: Translocación 3. SEÑALIZACIÓN: Coordinación entre la fotosíntesis y el abasto de

carbono

Relación fuente-demanda PLANTAS Organismos autótrofos, pero NO TODOS LOS TEJIDOS SINTETIZAN AZÚCARES, aquellos que no sintetizan son denominados tejidos demanda de azúcares o nutrientes

Hojas o tejido fuente Azúcares

En el tejido fuente

Metabolismo y Desarrollo

Almacenaje

Exportación a tejidos

demanda

Metabolismo y Desarrollo

Almacenaje Exudación

0.5 A 1.8 M Sacarosa

5 a 200 mM Sacarosa

20 % 80 %

Tejido vascular

VENA es un vaso sanguíneo que conduce la sangre desde los capilares hasta el corazón ARTERIA se encarga de llevar la sangre desde el corazón hacia las demás partes del cuerpo.

Floema se encarga de llevar azúcares y otros nutrientes a todas las partes de la planta desde las hojas Xilema se encarga de llevar agua y minerales desde la raíz hacia los tejidos superiores

Relación fuente-demanda

Fotosíntesis Translocación Coordinación (TRANSPORTE) para el abasto de carbono “SEÑALIZACIÓN”

AZÚCARES

BUSCANDO EL MECANISMO DE PROMOCIÓN DEL CRECIMIENTO VEGETAL:

CASO TRICHODERMA ASPERELLUM- MAÍZ

Plant-Fungi interaction for good or for bad

Pathogenic fungi

cause losses in staple crops

Beneficial fungi • Nutrient

capture and recycling.

• Enhance the resistance to herbivores or pathogen microbes

Preparados del hongo

Trichoderma

a. Promotores del crecimiento vegetal

b. Inducen las respuestas de la planta ante patógenos (AUMENTAN SISTEMA INMUNE)

c. Producen metabolitos que atacan a los patógenos de plantas (BIOCIDAS, QUITINASAS, SWALLONINAS…)

d. Restringen la invasión al físicamente atacar a los patógenos (MICOPARASITISMO)

2 3 4 5 6 Fu

sari

um

ve

rtic

illio

ides

Tric

ho

der

ma

a

sper

ellu

m

Am

bo

s Día post-inoculación

Arciniega-Ruiz, 2014

Antibiosis- secreción de moléculas que disminuyen el crecimiento de microorganismos Competencia por espacio y nutrientes

ENSAYO DE CULTIVO DUAL

MICOPARASITISMO

Hongo endófito benéfico: Trichoderma asperellum

5 days post-infection

Guzmán-Chávez, 2013 y López-Coria, 2015

Infección de las raíces de la planta de maíz con T. asperellum

Control

Infección 3 días

Infección 10 días

Biopriming con Trichoderma asperellum

T

C Desinfected seeds

1x103conidia/mL T. asperellum agitation by 1.5 h

Agar 1% por 48 h a 29ºC

Biopriming and germination

Guzmán-Chávez, 2013

Trichoderma asperellum promueve el crecimiento vegetal

T

C

2 days post-infection

0

1

2

3

4

5

6

Control Tratados

Rad

icle

len

ght

(cm

)

24 h 48 h

Trichoderma

Guzmán-Chávez, 2013

El efecto de promoción del crecimiento de la planta dura toda la vida de la planta

T C

7 days post-infection

C T T C

0

5

10

15

20

25

30

35

C-SH T-SH C-H T-H C-Fv T-FvL

eng

ht

(cm

) Tratamientos

Parte aérea

Guzmán-Chávez, 2013

1dpi

2dpi

4dpi

5dpi

6dpi

Treatment

¿Cuál es el mecanismo por el que T. asperellum induce el crecimiento de maíz?

Proyecto de Maestría en Ciencias Bioquímicas Montserrrat López-Coria

Si en contacto directo el hongo afecta el crecimiento que sucederá si crecen cerca pero sin contacto?

Fig. 2. Morphological changes induced by

Tichoderma and auxin. I) Representative

images of seedlings maize treateds with T.

asperellum and 10µM AIA. C) Control; B)

Biopriming; NC) No-contact; A) Imbibition in 10

µM IAA. Bar= 5 cm. II) Shoot elongation at 72 h

under fungus treatments and IAA imbibition. C)

Lenght López Coria et al., Mol Plant Microbe Interact. 2016 Oct;29(10):797-806.

Auxinas

Auxinas

Matilda Denis

Incrementan la plasticidad de la pared celular y están involucradas en la elongación celular

Las raíces primarias no cambian tanto con los tratamientos de los hongos

Sup 1. Root hairs in different maize root zones from seedlings at 72 h germination in presence of T. asperellum or AIA. I) Establishment of root zones. II) Root hairs toluidine-blue staining. It was shown differences between treatments in the tree root zones.

Trichoderma aumenta la superficie radicular

Las raíces son las que le dan soporte a la planta, absorben minerales y agua

• Un sistema radicular bien desarrollado permite una mejor nutrición de la planta, lo cual puede tener un impacto positivo en su productividad

Las auxinas son hormonas que tienen que ver con el crecimiento celular, entonces son las auxinas las que mejoran el crecimiento de la planta

cuando Trichoderma está presente?

Determinación de auxinas en las raíces y coleoptilos de las plantas tratadas con T. asperellum

Fig. 4. Levels of signaling molecules. I) Amount of hydrogen peroxide in the three zones of

primary root of C) Control group; B) Biopriming; NC) No-contact; A) Imbibition in 10 µM IAA. II) IAA

content in shoot and primary root tissues determinate by HPLC .

Detectar moléculas mediante anticuerpos

Detección directa. El primer anticuerpo usado para reconocer al antígeno está covalentemente unido a una enzima por la región Fc, así al contacto con un reactivo soluble que se añade produce una señal que indica la presencia del antígeno

A. Fab es la región que reconoce al antígeno.

B. Varios anticuerpos pueden unirse simultáneamente a un antígeno

Detección indirecta El primer anticuerpo se une al antígeno y posteriormente a está reacción se le añade un segundo anticuerpo que reconoce la región Fc del primer anticuerpo y es el segundo anticuerpo el que está unido covalentemente a una enzima

Fig. 5. Distribution of IAA in tissues seedlings at 72 h of germination. The detection was performed by

immunodetection in tissue printing using anti-IAA specific antibodies. I) Morphological changes in

seedlings induced by T. asperellum, IAA or auxin transport inhibitor TIBA. II) IAA detected in shoot

printing. III) IAA detected in primary root printing.

Detección con anticuerpos. Directa.

IAAld rescues the rhd6 mutant phenotype.

Hexon Angel Contreras-Cornejo et al. Plant Physiol.

2009;149:1579-1592

©2009 by American Society of Plant Biologists

Función fisiológica de la ATPasa de H+ de la MP

• Enzima y transportador membranal que se encarga de la acidificación del medio externo celular • La acidificación externa (apoplasto) favorece la elongación celular al reducir la rigidez de la pared celular • Los protones que salieron pueden volver a entrar a la célula acompañada de nutriente y/o agua,

favoreciendo la nutrición, lo que impacta positivamente en el crecimiento celular

Quién responde ante los cambios inducidos por T. asperellum en la célula?

¿Cómo medir la actividad de la ATPasa de H+ de la MP?

Reacciones de la ATPasa

1. Vectorial: movimiento de protones desde el citosol al apoplasto

2. Escalar: reacción química de hidrólisis de ATP

ATP ADP + Pi enzima

Sup 2. Physiological evidence of progressive proton extrude. Pictures representatives of seedlings growth 72 h under conditions: C) control; B) biopriming; NC) no contact; A) 10 µM AIA imbibition; and then transplanted to M) agar added with bromocresol purple, an indicator of pH. Yellow color in media correspond a pH lower than 5.2. Bar= 5.

Fig. 7. Physiological test of acidify. pH value was measure in liquid media at different

times. Values represent the means of three independent samples with estándar

deviation.

Los tratamientos con T. asperellum e IAA induce la acidificación del medio externo

Aumento de ácidos orgánicos o actividad de ATPasa?

Obtención de fracción microsomal

Membrana plasmática, Vacuola, Golgi, ER y otras

La actividad de ATPasa de la MP si es más alta

ATP ADP + Pi

Fracción microsomal

Posibles explicaciones para la mayor actividad de la enzima

1.Más enzima:

Mayor transcripción = RNA =PCR

y/o traducción = más proteína = Western

2. Modificación en la enzima:

Postraduccional = Proteólisis del carboxilo terminal o

fosforilación

o interacción directa = Tipo de efecto sobre la enzima

Fig. 6. PM-H+ ATPase activity. I) Inmunodetection of PM-H+ ATPase in microsomal fraction of shoot and

primary root using anti-H+ ATPase of Arabidopsis thaliana in tissue from II) PM-H+ ATPase activity induces

by T. asperellum or IAA.

Pero no se está induciendo la transcripción de la enzima, puesto que no hay más enzima en la membrana

Western-Blot con detección de la ATPasa indirecta

Posibles explicaciones para la mayor actividad de la enzima

1.Más enzima:

Mayor transcripción = RNA =PCR

y/o traducción = más proteína = Western

2. Modificación en la enzima:

Postraduccional = Proteólisis del carboxilo terminal o

fosforilación

o interacción directa = Tipo de efecto sobre la enzima

Características de la enzima

• Es una proteína membranal

• Le afectan moléculas que se intercalan en la membrana

• También aquellos que interactúan con la parte hidrofílica

• La región del carboxilo se conoce como autoinhibitoria

• La fosforilación del carboxilo puede llevar a activar a la enzima

T. asperellum induces maize seedling growth by activating the PM H+-ATPase

López-Coria et al., 2016. MPMI

Defosforilar a la enzima

T. asperellum induces maize seedling growth by activating the PM H+-ATPase

López-Coria et al., 2016. MPMI

El extracto celular de T. asperellum es capaz de activar a la ATPasa pero lo hace de manera diferente a la auxina

Publicado en el 2016

Quién activa a la enzima?

Perspectivas

1. Identificar el compuesto que activa a la ATPasa a través de un fraccionamiento biodirigido y HPLC-MS

2. Probar otros microorganismos promotores del crecimiento

3. Determinar que otras efectos moleculares tiene el hongo T. asperellum que favorece el crecimiento vegetal.

Dr. José Luis Hernández Mendoza Instituto de Ciencias Genómicas IPN, Tamaulipas. Dra. Marina Gavilanes Ruíz, Q. Laurel Fabila Ibarra Facultad de Química, UNAM

Colaboradores

M. en C. Fernando Guzmán Chávez

M. en C. Montserrat López Coria

Facultad de

Química