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La floración:
Aportes de la fisiología
molecular
MSc. Heidy Chavarría
Plan
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1) Introducción, ambiente y floración
2) Modelos fisiológicos de la floración
3) Aportes de la fisiología molecular
4)Genes y floración
5) Regulación del fotoperíodo y control de la
floración
6) Papel de las hormonas
7) Intereses biotecnológicos
1) Introducción, ambiente y floración
La floración es uno de los caracteres que determinan el ciclo de vida de una planta y de
su éxito reproductivo.
La fecha de la floración determina la duración de la fase vegetativa y de la fase
reproductiva en el ciclo de vida de una planta.
1) Introducción, ambiente y floración
Florecer: una decisión capital para la plante

Lugar: meristemo (viene de meristos=división) = Masivo de células embrionarias
que se dividen y dan nacimiento a :


tallo, hojas, raíces ( meristemo vegetativo)
La flor ( meristemo reproductor)
Vegetativo


Floral
Transición irreversible
- Si se producen en el mal momento, consecuencias en la calidad de los granos.
Sincronización de la floración con una estación favorable.

La inducción floral es el periodo donde ciertos órganos de la
planta, bajo el efecto de estímulos exteriores, envían al
meristemo un mensaje, la señal de floración.

Cambios en el modo de desarrollo « switch »:
 indeterminado ->determinado
En las plantas anuales, la inducción floral es también el inicio de
la senescencia
Regulado por el fotoperíodo
-> fotomorfogénesis

La evocación floral es el periodo donde el meristemo se
reorganiza en función de ese programa.

Corresponde a una reorganización de la arquitectura del apex,
preparación a la diferenciación de los brotes florales.

La iniciación floral es el periodo donde se diferencian los
brotes de las piezas florales ( cambios morfológicos, que
poco a poco le dan el aspecto de un meristemo prefloral o,
en el caso de una inflorescencia, de un meristemo
inflorescencial).

En esta etapa se continua la floración que se manifiesta por
el desarrollo de piezas florales (sépalos, pétalos, etaminas y
carpelos), la meiosis seguida de la formación de gametos, la
brotación y finalmente el desarrollo de la flor.
Control de la floración y de la identidad floral
Condiciones
Las inherentes de la planta: correlaciones morfogenéticas.
El aparato vegetativo debe haber alcanzado un estado de
desarrollo suficiente:
tomate (haber formado13 nudos),
trigo (7 hojas), roble (50 años)
La proporción entre órganos reproductores y vegetativos
debe ser adaptado para evitar competencias por las
sustancias nutritivas:
el tamaño de la fruta
1) Introducción, ambiente y floración

Existe grandes variaciones entre las especies, pero también en el interior
de una especie, para las estrategias de floración, que son determinadas por
el ambiente abiótico (fotoperíodo, temperatura y nutrientes ) o bióticos
(competición por la luz, herbívoros, polinizadores)

Clima temperado : los problemas principales son los periodos fríos
durante el invierno.
→ vernalizacion permite ajustar la fecha de floración ( trigo, chícharos, cebada, A.
thaliana)

Clima tropical : el fotoperíodo es un indicador de la transición entre la
época seca y la época lluviosa.
→ sensibilidad al fotoperíodo
plantas de días cortos/ plantas de días largos.

Otros factores ambientales: luz, temperatura, nutrientes, hormonas.
1) Introducción, ambiente y floración
Numerosas vías integradas.
Luz:
- Calidad
- Longitud
Temperatura:
- Periodo de frio
- Ambiente
Desarrollo:
- Hormona (GA)
- Edad, azúcar, C/N
Detección/Transducción de señales
Integradores florales
Transición floral
2) Modelos fisiológicos de la floración
Numerosos tipos de plantas
- Plantas de días largos
- La planta florece en primavera-verano cuando los días son
mas
largos

ex: Arabidopsis, chícharo, clavel…
- Plantas de días cortos
- La planta florece en otoño-invierno, cuando los días son
mas cortos

ex: arroz, soya, café, crisantemo …
- Plantas indiferentes
- La planta es indiferente a la longitud del día.
-
ex: pepino, tomate, papa
- Plantas afóticas
- La planta es capaz de florecer en la oscuridad.

ex: jacinto
2) Modelos fisiológicos de la floración
Fotoreceptores

Perciben la calidad de la luz



Fitocromos: perciben el rojo y el rojo lejano

5 genes nucleares en Arabidopsis

Existen en las plantas, algas y bacterias
Cryptocromos: perciben el azul
Identificación de fotoreceptores pora análisis de mutantes
Etiolación
elongación
Pfr es convertido en Pr
Pfr inactiva represores del desarrollo normal
para promover el desarrollo etiolado: el
Fotomorfogénesis alargamiento de los tallos y de los entrenudos
Germinación en la
oscuridad: etiolación
Percepción de las sombras de otras plantas
Longitudes de onda > 700 menos absorbidas
que < 700
Fitocromo
A la luz del día: equilibrio entre las dos formas.
En la noche: Pfr decrece regularmente
Flash de luz roja Pfr aumenta rápidamente la floración de plantas de días
largos (noches cortas)
Inhibición de las plantas de días cortos ( noches no suficientemente largas)
Modelo de coincidencia externa

Modelo de coincidencia externa (Pittendrigh and Minnis):

izquierda: la luz modula la actividad de un regulador. si supera un umbral
con luz, promueve la floración de Arabidopsis (PDL)
no lo hace sin luz (derecha)

Modelo de coincidencia externa
3) Aproches desde la fisiología molecular
Genética molecular :
Se explota las variaciones/modificaciones de secuencias
(aleatorias/escogidas, inducidas/naturales) de un genoma
entre individuos ( afectando la actividad de un gen):
Genética forward (del fenotipo al gen)
1- Identificar un gen implicado en una función biológica.
Genética reverse (del gen al fenotipo)
2- Demostrar la función de un gen.
3- Caracterizar los modos de acción de los productos de ese
gen, en la planta, la célula y con otras moléculas asociadas.
Aproches globales para caracterizar nuevas
funciones biológicas
:
Pregunta biológica
Visión global
-Regulación
-Interacción
-Metabolismo
Fisiología
Bioquímica
Rol
funcional
Relación entre fenotipo
y bioquímica
Recursos genéticos
Genómica funcional
Hipótesis de trabajo
- Genética inversa
- Diversidad alélicas
Floración
Vía autónoma
Duración de la
iluminación diaria
Fotoperíodo
Vernalización
FRI
FLC
GA
CO
FD,SOC, FT
Integradores de floración
LFY, AP1
Meristemo floral ,
genes de identidad
4) Floración y genes
Desarrollo floral
Si bien hay otros sistemas estudiados la mayor parte de las
informaciones
genéticas provienen de Arabidopsis thaliana.
La flor está formada por
La
órganos,
organizados en
cuatro círculos concéntricos
Las células epidérmicas de los órganos florales tienen
morfologías muy diferentes.


El modelo ABC predice que cada gen o par de genes controla la identidad
de dos verticilos.
Los productos de los genes A y C se inhiben mutuamente.
Modelo ABC
Perdida de función de C
(agamous), A lo remplaza.
Perdida de función de A (apetala1),
C (agamous) lo remplaza.
Perdida de función de B (AP3, PI)
A y C lo remplazan.

Mutaciones de 4 genes principales conducen a transformaciones
homéoticas (cambios de identidad de un órgano):

apetala2: reemplazamiento de los sépalos por carpelos y etaminas remplazan a
veces los pétalos( afecta los verticilos 1 y 2)

pistillata y apetala3: los sépalos remplazan los pétalos y los carpelos remplazan
a las etaminas (afectan los verticilos 2 y 3)

agamous: las etaminas son remplazadas por los pétalos y el gineceo es
remplazado por una segunda flor agamous. El arreglo sépalo-pétalo-sépalo es
reiterado numerosas veces (afecta el verticilo 3 y 4)
crecimiento determinado-> indeterminado


El perfil de expresión de los genes confirma en parte el modelo
ABC.
Otros genes fueron adjuntados.

Otros genes implicados:


APETALA 1 y 2: mutaciones aumentan el fenotipo lfy
CAULIFLOWER: mutantes cal ap1 sobre producen meristemos florales,
inflorescencias de tipo coliflor.
LEAFY es expresado en el meristemo vegetativo=> rol de integración de
las señales de floración?

Perfiles de expresión recubrantes:
 Aumentación mutua de la actividad-> probablemente por factores de
transcripción.
Objetivos ( directo o indirecto?) de las señales de floración:
genes que regulan la identidad de los meristemos florales:
 LEAFY (LFY),
 leafy mutante, los tallos que tendrían
que convertirse en flores guardan un
crecimiento indeterminado

expresión constitutiva de LFY: los
tallos secundarios se convierten en
flores y el tallo primario se
transforma precozmente en flor.
->LFY regula la identidad del
meristemo floral y el tiempo de
floración.

Interaccione genéticas durante el paso del meristemo vegetativo al
meristemo de inflorescencia:

En el meristemo apical LEAFY es inhibido y AGAMOUS también pues el
crecimiento es indeterminado.

Después de activación de LEAFY (florigeno, etc.), WUSCHEL y LEAFY activan
conjuntamente AGAMOUS,

LEAFY da una especificidad temporal (convertir en flor )

WUSCHEL da una especificidad regional (seguir como meristemo)

AGAMOUS determina la identidad de los órganos florales y el crecimiento
determinado del meristemo floral reprimiendo WUSCHEL



AG, PI, AP1 y AP3 pertenecen a una familia de factores de
transcripción conservados durante la evolución y que contienen un
dominio de unión al ADN (MADS box genes)
Genes similares participen en la elaboración de flores diferentes.
Los genes del desarrollo floral se encuentran en las plantas sin flor,
ex: homologo funcional de LEAFY en el pino (complementa la
mutación lfy en Arabidopsis).


Mutaciones de TERMINAL FLOWER 1 (TFL1) => finalización
precoz de la flor
TFL1 (indeterminado -> determinado) antagonista de LFY
(determinado-> indeterminado)
Vía autónoma
Vía de señalización de GA
5) Regulación del fotoperíodo y control de la
floración
Descubrimiento del fotoperiodo en 1920
Fotoperíodo
Las plantas de días cortos florecen
solamente cuando la duración del día es
inferior a un valor critico, si el periodo de
oscuridad es interrumpida: no hay
floración.
Las plantas de días largos florecen
solamente cuando la duración del día es
superior a un valor critico, si la planta es
en día corto y la oscuridad es
interrumpida: hay floración
El fotoperíodo es percibido por las hojas señal= florigeno
No hay florigeno universal

Proceso multifactorial,


Inductores internos: GA, CK, azúcares, poliaminas…
Inductores externos: fotoperíodo, vernalizacion

Transportados hacia el apex del tallo vía simplastica

Se pudo aislar mutantes de la floración precoz (genes represores) o tardía
( genes activadores)

ex: las mutaciones de CONSTANS (CO) y Flowering locus T (FT) retardan la floración en días
largos

La expresión desregulada de CONSTANS (CO) , induce la floración en días
cortos

La proteína FT es inducida en la hoja, después migra hacia el meristemo donde
ella induce la expresión de LEAFY, APETALA etc -> componente del florigeno
Descubrimiento de CONSTANS




CONSTANS es una proteína inestable, de vida corta.
La expresión de su gen es regulada por el reloj circadiano: su
concentración varía sinusoidalmente
Su función es regulada por la luz
Cuando coinciden alta concentración y activación por luz,
promueve el gen de floración T (FT) => la planta florece

La sobreexpresion de CO o de FT es suficiente para inducir
una floración precoz mismo en días cortos.
Confirmación de las propiedades de inducción de CO y de FT
Modelo de la regulación de la floración por CO
Modelo de la regulación de la floración por CO
a) en Arabidopsis (PDL), la luz percibida por fitocromo A y CRY2
controla el reloj (~) => el cual a su vez modula CO => FT => floración.
– si CO se expresa de noche: no florece
b) en arroz (PDC), la luz percibida por fitocromos B, D y E controla el
reloj, que a su vez regula una proteína similar a CONSTANS dicha
proteína con luz es represor de floración.
– En DC, se expresa de noche => floración
Factor migrante de las hojas al meristemo:
ARNm o proteina FT?
Resumen sobre los actores de la vía de días largos
VERNALIZACION
Ciertas plantas o poblaciones naturales (écotipos)
necesitan pasar a frío para florecer ( invierno)
El gen FRIGIDA permite una floración tardía que
puede ser modulada por un tratamiento con frío
(vernalización), mutaciones espontáneas (perdida de
función) existen en los ecotipos de países calientes no
necesitando pasar a frío
⇒ FRI: percepción de la temperatura para inducir
la floración
La vernalización provoca la desmetilación de las
Citosinas (5-azacitidina mime a la vernalización)
=>la desmetilación de ciertos genes durante la
germinación regula la floración, más tardía.
Modificaciones son heredables mitoticamente : estado
epigenético.
6)Papel de los reguladores de crecimiento

Giberelinas: activo papel en la floración.
– En las Pináceas, GA4/7 y GA9, inducen la formación de estróbilos.
– PDL (Lolium y Fuchsia): aplicación de GA en DC induce floración
– En fresa (PDC) las giberelinas estimulan su floración en días largos.
– no todas las GA son eficaces: Silene armeria, se ve inducida por
GA7, pero no
por GA1 y GA6.
– En Cupresaceas, Taxodiaceas y algo en Pinaceas, las GAs acortan
la fase juvenil.
– GAs substituyen exigencias de frío de algunas especies
(zanahoria).

Las auxinas:
– inhiben floración, salvo ANA y 2,4-D, que la inducen en PDL.

El etileno: inhibe la floración, tanto en la fase de
iniciación del primordio como durante el desarrollo
posterior de la flor.

Las citoquininas:
– inducen floración en algunas plantas, pero en la
mayoría no producen efectos.
– En algunas PDC favorecen floración en
condiciones de DL.
– En Arabidopsis (PDL), imitan la acción de
giberelinas.

El ácido abscísico favorece la floración de plantas de
grosella y fresa ( ambas PDC) previamente inducidas
CK, Auxinas y GA
7) Intereses biotecnológicos
Aplicaciones biotecnológicas en el control de la floración :
Inducción de la floración:
Permite el cultivo de especies necesitando condiciones estrictas de floración en
ambientes no favorables (fotoperíodo o temperatura)
Domesticación de especies
Acelera el proceso de selección varietal en los árboles ( floración tardía: 40 años )
Interés en horticultura para aumentar el numero de inflorescencias ( orquídeas ).
Represión/prevención de la floración :
Aumentar los rendimientos en biomasa ( caña de azúcar)
Aumentar los rendimientos en frutas ( piña)
Permite evitar la floración durante las heladas de primavera en países con las
cuatro estaciones ( melocotones).
Identificacion de los reguladores de la floracion
Genetica clasica: busqueda de mutantes con floracion tardia en dias largos.
3 Clases
Floracion tardia en dias largos
Floracion normal en dias cortos
Insensible a la vernalización
Se bloquea un inductor de días largos
co, ft, gi, cry2
Floracion tardía en días largos
Floracion tardía en días cortos
Floracion precoz despues vernalizacón
Se bloquea un inhibidor de un inhibidor de floracion
fca, fpa, fy, ld
Floracion tardía en días largos
Floracion tardía en días cortos
Afectada en la sintesis o en la respuesta a las
giberelinas.
Se bloquea la induccion hormonal ga1, gai.
Los dobles mutantes de un mismo grupo son identicos
Los dobles mutantes obtenidos de 2 grupos tienen un fenotipo aditivo