PROMOTORES DEL CRECIMIENTO VEGETAL Y …

M A R T Í N E S P A R I Z - E S P A R I Z @ I B R - C O N I C E T . G O V . A R

B I O T E C N O L O G Í A D E L O S A L I M E N T O S 2 0 1 9

PROMOTORES DEL CRECIMIENTO VEGETAL Y BIOINSECTICIDAS

PLANT GROWTH PROMOTINGBACTERIA

Algunas bacterias y hongos de

actúan beneficiosamente

directamente al proporcionar

un producto que mejora el

crecimiento de las plantas, y

otros actúan de manera

indirecta.

Bernard R. Glick, Capítulo 15 (p 599-620)

RIZOBACTERIAS PROMOTORAS DEL CRECIMIENTO VEGETAL (PGPR)

PGPR

La promoción directa del crecimiento de la planta generalmente implica

proporcionar a la planta un compuesto que es sintetizado por la bacteria,

como nitrógeno fijado o una hormona vegetal. Además, estas bacterias

pueden facilitar la absorción por parte de la planta de ciertos nutrientes del

medio ambiente.P R O M O C I Ó N D I R E C T A

D E L C R E C I M I E N T O

Fijación de N

Solubilización de P

Producción de fitohormonas

PLANT GROWTH PROMOTINGBACTERIA

La estimulación directa del crecimiento y desarrollo de la planta por parte de las

bacterias promotoras del crecimiento puede ocurrir de varias maneras diferentes. Las

bacterias pueden:

a) fijar el nitrógeno atmosférico al amoníaco que utiliza la planta;

b) sintetizar sideróforos que solubilizan y secuestran el hierro del suelo y lo

proporcionan a las células de las plantas.

c) sintetizar fitohormonas, como la auxina, la citoquinina o la giberelina, que mejoran

varias etapas del crecimiento de las plantas.

d) solubilizar minerales, como el fósforo, que son utilizados por la planta

e) sintetizar una enzima que pueda modular el nivel de la hormona vegetal etileno.


RIZOBACTERIAS PROMOTORAS DEL CRECIMIENTO VEGETAL (PGPR)

PGPR

PATÓGENOP R O M O C I Ó N I N D I R E C T A

D E L C R E C I M I E N T O

Estimulación de sistemas

de defensa de la planta

Inhibición de

patógenos

La promoción indirecta del crecimiento de la planta se produce cuando las

bacterias promotoras del crecimiento de la planta disminuyen o previenen los

efectos perjudiciales de los organismos fitopatógenos, ya sean hongos o

bacterias, es decir, actúan como agentes de control biológico.

GROWTH PROMOTION BY FREE-LIVING BACTERIA




En algunas plantas rompe la

dormancia y estimula la

germinación.

En exceso produce inhibición

elongación de la raíz,

marchitamiento, daño.



El IAA bacteriano puede estimular la

proliferación y el alargamiento de las células de

la planta o la actividad de la enzima ACC

sintasa, que convierte la S-adenosilmetionina

(AdoMet) en ACC.

El ACC es absorbido por la bacteria; e

hidrolizado por la enzima ACC desaminasa a

amoníaco y α-cetobutirato (α-KB).

En consecuencia, se reduce la concentración de

ACC, y por lo tanto de etileno, en la planta.

Las flechas indican pasos químicos o físicos en el

mecanismo, y el símbolo ⊥ indica la inhibición del

alargamiento de la raíz por el etileno.



Efecto del tratamiento de semillas de canola con bacterias promotoras

del crecimiento de plantas que contienen ACC desaminasa .

• MgSO4 (control)

• P. putida GR12-2 que

contiene ACC desaminasa

• Inhibidor químico de ´síntesis

de etileno 1-aminovinilglicina

(AVG).

Contenido de ACC de la raíz

la longitud de la raíz

Crecimiento de la planta durante 4,5 días después de la siembra de las semillas.

PGPR: DECREASING PLANT STRESS


Evolución temporal de la síntesis de

etileno en plantas después de estrés

ambiental o infección por patógenos

fúngicos



Representación esquemática de una planta

en maceta inundada

El ACC que se produce en las raíces como

consecuencia del estrés es incapaz de

convertirse en etileno debido a la ausencia

de oxígeno.

El ACC se transporta a los brotes, donde el

oxígeno es abundante, y se convierte en

etileno, lo que causa epinastia y pérdida de

biomasa.



plantas de tomate de

cincuenta y cinco días

de edad

Cultivo durante 9

días adicionales

se inundaron

durante 9 días

peso seco de las hojas y

brotes

etileno producido por

tallos de hojas de planta

de tomate de 55 días

(pecíolos)



• Enterobacter cloacae CAL2 ACC deaminasa positiva

• P. putida UW4 ACC deaminasa positiva

• P. putida pRK415 ACC deaminasa negativa• P. Putida pRKACC es pRK415 + pRK415ACC (plásmido con ACC deaminasa)

Sin inundar Inundadas por 9 días

ACC deaminasa positivaACC deaminasa negativa



Peso seco Etileno

Las plantas no inundadas producen aproximadamente

0.07 pmol de etileno g-1 s-1, independientemente de la

presencia o ausencia de bacterias.

Inundadas por 9 días



• A. piechaudii ARV8 ACC deaminasa positiva(verde)

• Sin la bacteria (roja).



El tratamiento de las plantas de tomate

con sal provoca un aumento en la

síntesis de estrés etileno.

La producción de etileno en presencia

de sal es parcialmente inhibida por A.

piechaudii ARV8.

PGPR: INCREASING PHOSPHORUSAVAILABILITY


La fitasa del hongo Aspergillus fumigatus se insertó, usando un transposón,

en el ADN cromosómico de Bacillus mucilaginosus.

La enzima fitasa puede disolver el fósforo del fosfato de calcio

Fitasa

PGPR: INCREASING PHOSPHORUSAVAILABILITY


La cepa bacteriana transformada puede expresar y segregar fitasa

activa.

ACC deaminasa

positivaACC deaminasa

negativa

BIOCONTROL OF PATHOGENS


Las bacterias promotoras del

crecimiento vegetal pueden producir

una variedad de sustancias que

limitan el daño a las plantas por los

fitopatógenos. Incluyen sideróforos,

antibióticos, otras moléculas

pequeñas y una variedad de enzimas.

BIOCONTROL OF PATHOGENS

Bernard R. Glick,

Capítulo 15 (p 599-620)

BIOCONTROL: SIDEROPHORES

Bernard R. Glick, Capítulo 15 (p 599-)

Complejo de seis coordenadas

de hierro-sideróforo.

Grupos de unión a hierro de sideróforos

microbianos.

Tres grupos funcionales bidentados en

una molécula de sideróforo se unen

con hierro férrico.



El patógeno Pythium ultimum inhibe dramáticamente el crecimiento de

la raíz

Pseudomonas fluorescens CHA0 que posee vector que porta gen que

codifica la ARN polimerasa sigma-70 (σ70) produce mayor cantidad

de antibióticos.



La cepa modificada fue más efectiva para proteger las plantas

de pepino contra una enfermedad de la raíz causada por el

hongo Pythium ultimum.

BIOCONTROL: ANTIBIOTICS


Ácido fenazina-1-carboxílico

P. fluorescens no codifica el

represor Lac cualquier gen bajo

el control del promotor tac se

expresa de forma constitutiva

BIOCONTROL: ANTIBIOTICS


La actividad antifúngica de la bacteria esproporcional al área de la zona deeliminación alrededor del centro de la placade Petri a la que se agrega la bacteria.

Los transconjugantes en los que la inserción cromosómica no había

inactivado ninguna función bacteriana

importante se probaron para

determinar su eficacia como cepas de

control biológico.

BIOCONTROL: ENZYMES


Algunas bacterias promotoras del crecimiento de las plantas

producen enzimas, como la quitinasa, la β-1,3-glucanasa, la proteasa

y la lipasa, que pueden degradar las paredes celulares de los hongos

y hacer que las células fúngicas se lisen.

BIOCONTROL: ENZYMES


La pared celular de los hongos se degrada por una o más enzimas

producidas por una bacteria que es agente de biocontrol. Luego, la

célula se lisa fácilmente.

NITROGEN FIXATION


Una amplia gama de bacterias pueden fijar nitrógeno, y varias de ellas

tienen potencial como fertilizantes para cultivos.

NITROGEN FIXATION


Los microorganismos más importantes

que se utilizan actualmente en la

agricultura para mejorar el contenido

de nitrógeno de las plantas incluyen

una gama de géneros y especies

rizobiales.

Estas bacterias son gram negativas,

flageladas y en forma de bastón, y

forman relaciones simbióticas con las

leguminosas.

NITROGEN FIXATION


En general, cada especie rizobial es

específica para un número limitado

de plantas y no interactuará con

plantas que no sean sus huéspedes

naturales.

NITROGEN FIXATION


Cuando no existe evidencia bioquímica o genética de la función de una proteína particular, se asigna una posible función basada en la homología de la secuencia de aminoácidos

a una proteína de secuencia conocida. Diferentes cepas rizobiales contienen diferentes subconjuntos de estas proteínas. Los genes "comunes" desempeñan la misma función en

todas las especies de rizobios.

NODULATION AND ETHYLENE


El etileno a menudo es producido por las plantas después de las etapas

iniciales de la infección (lo que finalmente conduce a la formación de

nódulos) por el rizobio. Este pequeño aumento en el nivel de etileno de

la planta generalmente se localiza en una porción de la raíz y puede

inhibir, y por lo tanto limitar, la subsiguiente infección y nodulación del

rizobio.



Una forma en que algunas cepas de Rhizobium aumentan

naturalmente el número de nódulos que pueden formar en las raíces de

una leguminosa huésped es limitar el aumento de etileno que se

produce después de la infección inicial.



• Capacidad de para nodular la

alfalfa (barras rosadas).

• Capacidad de para promover el

crecimiento de las plantas (barras

moradas).

INSECTICIDAL TOXIN OF B. THURINGIENSIS


Las actividades insecticidas de la bacteria Bacillus thuringiensis y los

sistemas de baculovirus de insectos se han desarrollado como insecticidas

seguros, específicos y efectivos.



El mercado mundial de pesticidas es enorme: actualmente supera los $ 30

mil millones por año y está creciendo rápidamente. Aunque los

bioplaguicidas, en su mayoría B. thuringiensis, representan solo alrededor

del 1% de este total, gran parte del crecimiento esperado en este campo

probablemente involucre bioplaguicidas.

invivo-group.com


Microfotografía de Bacillus thuringiensis en microscopio

electrónico de transmisión. Se muestra el cristal proteínico

romboide compuesto de toxinas Cry y una espora en

proceso.



Cristal parasporal de B. thuringiensis compuesto

de proteína protoxina Cry1.

Cada subunidad de proteína de 250 kDa del

cristal paraesporal contiene dos polipéptidos de

130 kDa.

La conversión de la protoxina de 130 kDa en una

toxina activa de 68 kDa requiere la combinación

de un pH ligeramente alcalino (7,5 a 8) y la

acción de una proteasas específicas, las cuales

se encuentran en el intestino del insecto.



Aproximadamente 15 minutos después de que se forma este canal iónico,

cesa el metabolismo celular; el insecto deja de alimentarse en unas pocas

horas, se deshidrata y finalmente muere (en aproximadamente 2 a 5 días).

En su forma activa, la proteína tóxica se

inserta en las membranas de las células

epiteliales intestinales del insecto y crea

un canal iónico, lo que conduce a una

pérdida excesiva de ATP celular.



Árbol filogenético de proteínas insecticidas (Cry) de B. thuringiensis. Cry1 y

Cry7 comparten menos del 45% de identidad, Cry1A y Cry1F son idénticos

entre 45% y 78%, y Cry1Ab y Cry1Ae son idénticos entre 78% y 95%.

Los diferentes colores de fondo delimitan los diferentes niveles de nomenclatura.



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