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Efecto de temperatura y reguladores de
crecimiento en iniciación, diferenciación, floración y
expresión de genes
Dra. María Hilda Pérez Barraza
Investigadora del Programa de Investigación Frutales
INIFAP-México
[email protected]
CONTENIDO
Introducción
PROCESO DE FLORACIÓN
1. Efecto de temperatura. Condiciones inductivas y
no inductivas para floración.
2. Reguladores de crecimiento. Inducción,
Iniciación y Diferenciación floral.
3. Genes relacionados con el proceso de floración
Importancia
Producción (X 106 ton)
Superficie (X 103 ha)
182
25
22
México
13.7
11%
1.7
México
Nayarit
Nayarit
> 25 mil ha
CULTIVARES
Ataulfo
Tommy Atkins
Kent
Keitt
Haden
Manila
0.25
PP: 1200 mm
Jun - Oct
22 - 27 °c
13%
Nayarit
Factores que afectan Proceso de floración
ENDÓGENOS
♦ Relación
carbono/nitrógeno
♦ Excesiva carga de fruto
♦ Crecimiento vegetativo
♦ Vigor de portainjerto
♦ Distancia de yema al sitio
de captación de estímulo
EXÓGENOS
• Fotoperiodo y Luz
• Temperatura
• Precipitación
HORTÍCOLAS
• Cosecha anterior
• Riego
• Nutrición
balanceada (N)
• Poda
• Aclareo de frutos
• Anillado
• Doblado de ramas
MANGO
HORMONAS
▪ Giberelinas
▪ Transporte polar
de auxinas
▪ Citocininas
▪ Etileno
1. Temperatura:
Condiciones Inductivas y no Inductivas para Floración
Temperaturas Frescas
20/15 - 18°C
Condiciones Inductivas
SUBTROPICO
Hojas Maduras
AGUA
Temperatura
Cálidas > 25/20 °C
Condiciones No Inductivas
Presencias de hojas
Inmaduras
TROPICO
Madurez fisiológica
(6 meses??)
T° < 20°C
Edad del brote
Inmaduros
Condiciones Inductivas
Condiciones No Inductivas
Proceso de floración: Nayarit México
Inducción/
Iniciación
Diferenciación
Floración
• Noviembre
• Brote del año
•
•
•
•
Noviembre – diciembre
Temperatura (15 – <20 °C)
Humedad (estrés hídrico?)
Edad del brote (2.5 – 6 meses)
• Enero - Febrero
• Temperatura
• Lluvia
No inductivas
Floración
irregular
Nayarit: Octubre – Diciembre 2008
Temperaturas cálidas >20°C octubre,
noviembre y parte de diciembre
Precipitación anual (mm) Atonalisco
Condiciones no inductivas
Otoños cálidos y húmedos
2500
2006.4
2000
1500
1475
Brotación
vegetativa
1000
500
0
2007
2008
2008 > Precipitación que 2007
530 – 730 mm más
Lluvias Junio – Octubre, Nov
Floración Irregular 2009
50
35
40
30
25
30
20
15
20
Flujos de crecimiento
PP
T max
T min
10
10
Precipitación (mm)
Temperatura (°C)
40
5
0
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Octubre 2013
35
60
pp
T max
T min
50
30
40
25
20
30
15
20
10
10
5
0
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Noviembre 2013
Precipitación (mm)
Temperatura (°C)
40
dic
T max
T min
Temperatura (°C)
30
25
20
15
10
5
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Diciembre 2013
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Precipitación (mm)
35
Condiciones en 2013
Muy similares a 2008
Otoños cálidos y alta humedad
Octubre - Diciembre.
Floración Irregular 2014
TEMPERATURAS ALTAS (> 30/20 °C) Y PRECIPITACIÓN DURANTE EL PERIODO DE
DIFERENCIACIÓN FLORAL (CONDICIONES NO INDUCTIVAS)
OCASIONAN ABUNDANTE BROTACION VEGETATIVA Y FLORACIONES IRREGULARES Y/O
NULAS EN EL CULTIVO DE MANGO
2. Reguladores de crecimiento. Inducción, Iniciación
y Diferenciación floral
Número de flores
Establece el año anterior a la producción
inducción, iniciación y diferenciación floral
Nuñez-Elisea y Davenport, 1995; Davenport, 2000; Davenport, 2007,
Ramírez y Davenport; 2010
Inducción
Estimulo ambiental incita a la floración
MANGO
♦ El estímulo para IF son temperaturas bajas entre 20/15-18 °C (día/noche) en
los subtrópicos.
♦ Brotes fisiológicamente maduros en el trópico.
Brotes en reposo, son inducidos en “ausencia de bajas temperaturas”,
T°
Estímulo
INICIACION FLORAL
♥ La transición de meristemo
vegetativo a reproductivo.
♥ Incluye todos el desarrollo
necesario para comprometer
irreversiblemente al meristemo para
producir una inflorescencia
DIFERENCIACIÓN FLORAL
♥ Proceso en el cual ocurre la formación de primordios
florales en un meristemo reproductivo que ha sido
iniciado.
♥ Ocurre
•Organización floral
•Maduración floral
♥ Forman las partes de la flor en este orden.
Sépalos, pétalos, estambre y carpelo. (flores solitarias)
En inflorescencias la formación de las partes de la flor
ocurre después que se han formado los ejes secundarios
y terciarios.
Que se necesita para
floración?
Haya estimulo, inducción
Adecuado proceso de diferenciación floral
Condiciones inductivas
Reguladores del
crecimiento
Inhibidores de
giberelinas
RC en mango: Paclobutrazol
PBZ
Prohexadiona de Calcio (P-Ca)
Manzano (Ramírez et al., 2006)
Cítricos y Aguacate (Garner et al., 2010)
Mango: No hay Trabajos en México
Disminuir o retardar
Crecimiento vegetativo
Promover
Iniciación
Diferenciación
Asegurar y Adelantar
Floración
Ferrari y Sergent, 1996: Murti et al.,
2001; Yeshitela et al., 2004; Rebolledo et
al., 2008; Wilkie et al., 2008; Upreti 2013
Ferrari y Sergent, 1996: Murti et al.,
2001; Yeshitela et al., 2004; Rebolledo et
al., 2008; Wilkie et al., 2008; Upreti 2013
Sitio de acción de los inhibidores
Etapa I
Inhibidores de ciclasas
Etapa 2
Inhibidores de Monooxigenasas
Etapa 3
Inhibidores de Dioxigenasas
ESTUDIOS EN NAYARIT
Inhibidores de Giberelinas en la Transición Morfológica de
Meristemos Vegetativos a Meristemos Reproductivos en Mango
‘Ataulfo’
OBJETIVO
Determinar el papel de inhibidores de giberelinas,
paclobutrazol y prohexadiona de calcio, en la
transición de meristemos vegetativos a reproductivos
en Mango ‘Ataulfo’
TRATAMIENTOS
1
2
• Aplicaciones repetidas de P-Ca (500 mg·L-1),
30+45+60 días después de la poda (ddp).
• Una aplicación de 2500 mg·L-1 de PBZ, 30 (ddp)
• Testigo. Agua + surfactante
3
Se seleccionaron brotes vegetativos del flujo de verano
(después de poda). Seis árboles
Huerto alta
Densidad
(1333 árboles/ha)
Seto
MUESTREOS
Cuatro yemas apicales
bisemanalmente (septiembre-noviembre)
semanalmente (diciembre hasta inicio de
brotación floral).
Incluyeron en parafina
Eliminó la mayoría de escamas
Fijadas en FAA
Observaron al microscopio
Cortes en micrótomo
Avitia, 1996
Se estableció una escala de cuatro estadios
A
pf
B
A. Estadio 1. Meristemo vegetativo apical
(mva) en forma de cúpula y con primordios
foliares (pf).
mva
B. Yema de forma puntiaguda con escamas
(es) completamente cerrada.
ta
es
mm
es
es
B
A
A. Estadio 2, iniciación floral, ligero
m
alargamiento del meristemo apical con
presencia de meristemos (m) en las
es
axilas de las brácteas.
es
B. B. Yema ensanchada en la base con
es
ligera apertura de escamas (es) en el
ápice.
B
A
Estadio 3. Alargamiento del eje principal de la
inflorescencia (raquis) (epi) y formación de
protuberancias meristemáticas (pm) de ejes
secundarios en ápice y desarrollo de ejes
secundarios (es) en la base con protuberancias
es
pm
es
es
meristemáticas (pm) de ejes terciarios.
B. Externamente, yema hinchada de forma
epi
es
es
redonda con escamas (es) completamente
separadas.
Estadio 4. Eje secundario presentando
alargamiento de ejes terciarios de la
inflorescencia (eti) y la formación de
meristemos reproductivos (mr), asi como el
desarrollo de primordios de sépalos(ps),
pétalos (pp) estambres (pe).
B. Externamente la inflorescencia emerge
entre las brácteas.
2013-2014
A
PP
Máxima
200
Mínima
30
150
20
100
10
50
0
5
0
B
4
PBZ
P-Ca
Testigo
3
2
1
0
15/10/13
14/11/13
14/12/13 13/01/14 12/02/14
Fecha de muestreo
14/03/14
Temperatura , precipitación (A) y desarrollo de yema en brotes apicales (B)
Precipitación (mm)
Temperatura (°C)
Desarrollo de yema
(Estadio)
RESULTADOS
40
100
Yemas diferenciadas (%)
E1
E2
E4
80
60
40
PBZ
Testigo
P-Ca
20
0
5 de febrero 2014
18 de febrero 2014
29 de marzo 2014
Ultima fecha de muestreo
Porcentaje de yemas diferenciadas (Estadio 4) ocho días antes de inicio a floración.
La fecha corresponde al momento en que se presentó E4.
2014-2015
400
Temperatura (°C)
A
PP
Máxima
Mínima
30
300
20
200
10
100
Desarrollo de yema
(Estadio)
0
6
Precipitación (mm)
40
0
B
5
4
PBZ
P-Ca
Testigo
3
2
1
0
15/10/14
14/11/14
14/12/14
13/01/15
Fecha de muestreo
12/02/15
Temperatura y precipitación (A) y desarrollo de yema en brotes apicales de mango (B)
80
Yemas diferenciadas (%)
E1
60
E2
E4
72.3
PBZ
40
P-Ca
44.5
Testigo
28.2
20
0
09-ene-15
20 de enero 2015
05-mar-15
Inicio de floración
Porcentaje de yemas diferenciadas (E4) ocho días antes de inicio a floración.
La fecha corresponde al momento en se presentó E4
80
2014
2015
Floración (%)
60
40
20
0
PBZ
P-Ca
Tratamientos
Testigo
Porcentaje de floración en árboles tratado con reguladores de crecimiento
Los inhibidores de
giberelinas aseguran
floración.
Independientemente de las
condiciones no inductivas.
Floración (%)
0.5 a 1 g i.a./m de diámetro de copa
Resultados en campo con PBZ…..
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Uno
Dos
Mixto
Testigo
Diciembre
Enero
Febrero
Meses
Marzo
Dinámica de la floración de árboles de mango del
cultivar Ataulfo. 2008
Huertos de validación en el cultivar Ataulfo. Compostela
2009
Edad del huerto
(años)
Producto y dosis
(ml/árbol)
Floración
(%)
DAF*
Cosecha
(kg/árbol)
DAC**
12
A 20
98
32
64-76
30
Sin sombrear
C 20
98
32
79-84
30
Testigo
70
Presencia de mango niño <20 %
48-54
-
>18
A 30
70
35
38-64
30
Mod. Som.
C 30
70
35
42-56
30
Testigo
20
6-10
Presencia de mango niño < del 10 %
DAF*= Días de adelanto de floración,
DAC**=Días de adelanto de cosecha
-
Época de floración de árboles de mango cv. Manila
Tratamiento
2009
2010
2009
2010
Época de
floracióny
Adelanto
(Días)x
Época de
floracióny
Adelanto
(Días)x
PBZz
40
26
28
15
89.6 a w
98.1 a
PBZ + KNO3
29
37
20
23
72.0 a
93.6 a
Testigo
66
-
43
-
50.6 b
64.4 b
DMS
33.8
16.4
CV
16.7
28.7
20 – 10 ml de Austar por árbol
Intensidad de
floración (%)
Verano 2013
Alternativa a PBZ
P-Ca?
Efecto de P-Ca en brotación floral de ‘Ataulfo’
Dosis
(mg·L-1)
Época de aplicación (DDP)z
30y
45
60
150
P-Ca
P-Ca
P-Ca
500
P-Ca
P-Ca
P-Ca
2500
PBZ
1500
P-Ca
Testigox
z DDP= Días después de la poda
y Brotes entre 5-10 cm de longitud
xAplicado con agua y surfactante
(1 ml∙L-1 de agua)
Número de días a floración y adelanto en árboles de
‘Ataulfo’ 2014
Tratamiento
Número de días a floración
(DDA)z
Adelanto
(Días)
Inicio
Plena
P-Ca 150 (3X)
141 a
161 a
9
P-Ca 500 (3X)
125 ab
150 ab
20
PBZ 2500 (1X)
117 b
145 b
25
P-Ca 1500 (1X)
110 b
135 b
35
Testigo
142 a
170 a
CV
12.06
8.67
Z DDA;
Después de la última aplicación de P-Ca
100
Floración (%)
80
a
60
a
ab
40
b
b
20
0
P-Ca 150
(3X)
P-Ca 500
(3X)
PBZ 2500
(1X)
P-Ca 1500
(1X)
Testigo
Tratamientos
Porcentaje de floración en árboles de mango ‘Ataulfo’. 2014
3. Genes Relacionados con el Proceso de Floración
Arabidopsis thaliana
Es una pequeña planta familia de las crucíferas.
Importante estudiar muchos aspectos de la
biología molecular de las plantas.
Genoma
♦ 125 mill de pb
♦ 25,500 genes
♦ 70 % (función)
Genes de floración
Cuatro Rutas para
Floración
Cuatro rutas para
floración
7. LEAFY (LFY) es un factor
de transcripción requerido
para la expresión de AP1
5. FT interactúa con el
factor de transcripción
8. La expresión de
LFY esta regulado
por FT
6. El complejo FT, FD
activan genes como AP1
para iniciar floración
Fotoreceptores
1. Días largos permiten la
acumulación de un factor
de transcripción
2. CO controla la
expresión del gen
Flowering Locus
(FT) en la hoja
4. La proteína FT se mueve a
través del floema al meristemo
apical
3. Transcriptor FT se traduce en
Proteína FT
Diferentes nombres en diferentes especie pero la misma función
Arabidopsis
Genes Homólogos de la identidad del meristemo floral de Arabidopsis
fueron encontrados en Frutales
‘Jonathan’
Dos homólogos LEAFY
AFL1 y AFL2
La expresión de AFL1 en el meristemo
comenzó en la transición de vegetativo
a reproductivo
Naranja y Vid
Ortólogos de LEAFY actúan
como promotores florales
Mandarina ‘Satsuma’
Niveles de mRNA homólogo
de FT en inducción floral.
‘Moncada’
Genes de floración afectados
Carga de fruto
Hibrido transgénico
Citrus sinensis L.
La sobre expresión
LEFY y AP1
disminuye la fase juvenil
Floración
(bajo control ambiental y
endógeno)
Peña et al., 2001, Endo et al., 2005; Boss et al., 2006; Sreekantan; Thomas, 2006;
Kotoda et al., 2006, 2010; Mimida et al., 2009
Mango
Arboles de Irwin
2 años de edad
Temperaturas
Inductivas 15°C
No inductivas 25°C
Diferentes tejidos
Hoja
Yema apical
Raquis de Inflores.
Ejes secundarios
Flores hermafroditas
pulpa
MiFT
Expresado en hojas
maduras de árboles
expuestos a bajas
temperaturas (15°C)
MiFT es señal de la floración en mango
Nakagawa et al. 2012
Arboles de Irwin
10 años de edad
Arboles con
producción
Arboles sin
producción
eliminaron
la fruta
Cosecha agosto 2009
Poda de arboles
Muestrean brotes
Cada mes (Oct 2009 – Feb 2010)
Hojas y yema apical para genes
Noviembre 2009:
15 brotes/árbol AG3
(200 mg·L-1)
Muestrearon
hojas y yemas apicales
1, 30 y 90 DDA.
Muestras en N-líquido, almacenadas a -80°C
Resultados
Expresión
MiFT
incrementó solo en
árboles alternantes.
La expresión esta
regulada por carga de
fruta y temperatura
La aplicación de 250 ppm de
AG3 inhibió la expresión de
MiFT en ambos árboles.
Floración
Árboles NC (floración)
Árboles HC (muy poca)
Fig. 4. Expression levels of MiFT, MAP1, and MLFY in mango leaves and apical buds.
MiFT expression was measured in the leaves, while MAP1 and MLFY expression was
measured in the apical buds
Expresión
MAP1
incrementó
MAP1 se expresoenen
árboles
alternantes
yemas apicales
fue
bajo
mayor temperaturas
en árboles
frías
(15°C). que no
alternantes
alternantes
9
10
11
12
1
2
Fig. 4. Expression levels of MiFT, MAP1, and MLFY in mango leaves and apical
buds. MiFT expression was measured in the leaves, while MAP1 and MLFY
expression was measured in the apical buds
NAYARIT
Arboles de ‘Ataulfo’
8 años de edad
Después de cosecha
Poda de arboles. 2013
Muestreo brotes
Cada mes: Septiembre
Hojas y yema apical
Ubicación: O, P y N
Noviembre 2013
1, 30 y 90 DDA
Muestras
almacenadas a -80°C
Tratamientos
1. P-Ca, 500 mg·L-1 3X
2. PBZ 2500 mg·L-1 1X
3. Testigo
4. AG3 250 mgL-1
Expresión de genes:
MiFT
MAP1
MiGA20-ox
Tipo de brote emergido
En época de floración
NanoDrop
PCR Tiempo Real
Expresión de MiFT /MiEF
35
30
RQ
PBZ
25
20
15
10
5
0
Sep N Sep O Sep P Nov N Nov O Nov P Dic N Dic O Dic P Ene N Ene O Ene P Feb N Feb O Feb P
Fecha de Muestreo
Expresión de MiFT en hojas de mango Ataulfo tratadas con PBZ
100
PBZ 2500 (1X)
Porcentaje (%)
80
60
40
20
0
BF
BV
O
BI
BF
BV
BI
P
Tipo de brote y orientación
BF
BV
BI
N
Efecto del PBZ y orientación en el tipo de crecimiento emergido
en el período de floración. Cv Ataulfo
BF, brote floral; BV, brote vegetativo; BI, brote inactivo
O, lado oriente; P, poniente; N. norte
Expresión de MiFT/MiEF
35
P-Ca
30
PBZ
25
Testigo
20
AG3
15
10
5
0
06/09/2013
6/10713
06/11/2013 06/12/2013 06/01/2014 06/02/2014
Axis Title
Expresión de MiFT en hojas de mango Ataulfo tratadas con
Reguladores de crecimiento
120
I
V
IN
Porcentaje (%)
100
80
60
40
20
0
P-Ca 500 (3X) PBZ 2500 (1X) AG3 200 (1X)
Testigo
Tratamientos
Tipo de crecimiento emergido en el período de floración.
I, Inflorescencia; V, brote vegetativo; IN, Inactivo. 2014
Conclusiones
1
• Nayarit, alta humedad y ausencia de temperaturas frías
(≤20°C), crecimiento vegetativo, floración irregular
• Inhibidores de síntesis de giberelinas, PBZ aseguran y adelantan
floración
2
• Inhibidores de síntesis de giberelinas (PBZ), reducen el tiempo
del proceso de diferenciación floral. Se logra mayor porcentaje
de yemas diferenciadas.
• Prohexadiona de calcio (P-Ca) pudiera ser un sustituto de PBZ
3
• En huertos alta densidad, sin el uso de inhibidores de
giberelinas, el inició de diferenciación ocurrió de 1 a 1.5 meses
más tarde y hay menor % de yemas diferendiadas
4
• La iniciación floral en ‘Ataulfo’ ocurrió con temperaturas entre
27-30/15-17 °C (día/noche) y en brotes con dos a cuatro meses
de edad
•Bajo condiciones de trópico, edad y temperatura son importante
en Inducción y diferenciación
5
6
• MiFT es el gen de la señal de floración en mango
• MiFT esta regulado por inhibidores de giberelinas: PBZ, P-Ca
• GAs bloquean la expresión de MiFT, inhibiendo floración
Falta Estudios
MiAP1
MiGA20-ox
XVII Congreso Nacional de la Sociedad Mexicana
de Ciencias Hortícolas, A.C.
Y 3er Congreso Internacional
Nuevo Vallarta, Nayarit, 2017