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Crecimiento y cultivo vegetal
REGULADORES DE CRECIMIENTO
El estudio de los reguladores de crecimiento comenzó cuando Julius von Sachs
sugirió que en las plantas se encontraban presentes sustancias específicas para la formación
de órganos. Sin embargo la concentración de los mencionados compuestos era tan baja que
recién en 1930 pudo ser identificado el ácido indolacético, considerado durante algún
tiempo la única hormona vegetal. En la década del 50 la idea fue desechada ya que se
descubren las giberelinas y confirma la existencia y acción de las citoquininas.
La presencia del último grupo se sospechaba ya desde 1913, cuando Haberland
descubrió la existencia de compuestos que estimulaban la división celular, pero no fue
hasta 1954 con el descubrimiento de Carlos Miller, quien por hidrólisis parcial de DNA
aisló un compuesto activo al que denominaron kinetina. Desde allí han sido numerosos los
estudios que han permitido la identificación de distintas citoquininas naturales.
Todos estos compuestos se definían como hormonas vegetales, son sustancias
orgánicas sintetizadas en alguna parte de la planta, capaces de translocarse a otra, donde en
concentraciones muy bajas causan una respuesta fisiológica. Actualmente estas se
encuadran dentro de una denominación más amplia, la de “Reguladores de Crecimiento
Vegetal”, en razón de que existen otras sustancias, entre las que pueden mencionarse a
poliaminas, brasinólidos, ácido salicílico y jasmonatos, que no cumplen con la
característica de ejercer efecto a distancia propia de las hormonas vegetales, pero que
pueden regular y alterar tanto el crecimiento como el desarrollo vegetal provocando en
numerosos casos respuestas fisiológicas similares a las de las hormonas vegetales.
A medida que los reguladores de crecimiento fueron identificados comenzaron los
estudios sobre sus efectos mucho antes de poder determinar sus concentraciones endógenas
debido a limitaciones instrumentales actualmente superadas. Se encontró que los mismos
desencadenan respuestas en muchas partes del vegetal, y que dichas respuesta varían con
la especie, órgano que se estudie, estado de desarrollo, concentración e interacción
hormonal y diversos factores ambientales. Por estos motivos resulta riesgoso generalizar
acerca de los efectos de estos reguladores sobre los procesos de crecimiento.
En la actualidad se considera que existe un sistema de respuesta que hace que los
reguladores de crecimiento resulten activos y específicos. Este sistema, aplicable a un gran
número de reguladores de crecimiento, consta de tres puntos :
 El regulador debe encontrarse en la cantidad adecuada.
Reguladores de crecimiento
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 El regulador debe ser reconocido por los receptores de las células blanco.
 Debe existir la presencia de mecanismos de amplificación de las señales del
mensajero hormonal.
El complejo regulador-receptor o receptor activado constituye el primer eslabón de
la cadena de transducción de señales, esta respuesta primaria inicia una serie de cambios,
que integran una respuesta compleja que inducen a la respuesta fisiológica.
Como se mencionó anteriormente la concentración de los reguladores es
fundamental para la acción de ellos mismos. Durante el desarrollo de un tejido la
concentración endógena de las hormonas pueden sufrir variaciones, esto provoca cambios
en el sistema de recepción afectando la sensibilidad del mismo.
La sensibilidad de estos sistemas tendría su origen en diferentes factores :
 número de receptores (receptividad).
 La afinidad por el receptor (afinidad)
 La capacidad de respuesta, en los eventos posteriores a la recepción
Los cambios que pudieran ocurrir sobre cualquiera de los factores descriptos,
durante el desarrollo de un tejido ocasionarían modificaciones sobre la sensibilidad de
estos sistemas (Davies, J.P. ; 1995).
Hasta aquí se han descripto los efectos generales y el modo de acción de algunos
reguladores de crecimiento, sin embargo es importante tener en cuenta cuales son los
efectos particulares que estos provocan en los tejidos vegetales.
Auxinas
Se denominan auxinas los compuestos caracterizados por su capacidad de inducir
elongación en células de vástagos. La auxina natural de mayor distribución es el ácido 3indolacético (AIA), aun cuando el ácido 4-cloroindol-3-acético ha sido aislado de plantas
superiores. En general este grupo de hormonas afecta otras características fisiológicas,
además de la elongación, pero esta acción es considerada crítica.
Reguladores de crecimiento
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Auxinas naturales
Cl
CH2 COOH
CH2
N
COOH
N
H
H
Acido 4-cloroindol-3-acético
(4-Cl-AIA)
Acido indol-3-acético
(AIA)
Son numerosos los ejemplos de auxinas sintéticas utilizados en cultivo de tejidos
vegetales, fundamentalmente porque su acción es más prolongada que la de sus análogos
naturales y su costo inferior.
Auxinas sintéticas
CH2 CH2 CH2
COOH
O CH2
N
Cl
Cl
O CH2
Cl
Cl
COOH
Cl
COOH
H
Acido indol-3-butírico
(AIB)
Acido 2,4-diclorofenoxiacético
(2,4-D)
Acido 2,4,5-triclorofenoxiacético
(2,4,5-T)
CH2 COOH
H3 C
S
N
H3 C
Acido -naftalenacético
(ANA)
C
O
CH2
COOH
N,N-dimetiltiocarbamoilacético
En el siguiente esquema puede observarse la similitud entre una auxina natural, el
ácido indolacético (AIA) y su más potente análogo de síntesis el ácido 2,4diclorofenoxiacético (2,4-D).
Reguladores de crecimiento
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O
N
H

AIA
CH2 C
O
O

Cl
O CH2
C
O
2,4-D
Cl
Esta comprobado que diferentes tejidos responden en forma distinta a iguales
concentraciones de una misma auxina habiéndose observado que la respuesta depende de la
edad y de su estado fisiológico.
Al igual que la mayor parte de las hormonas vegetales las auxinas inducen una gran
diversidad de efectos fisiológicos y entre los de mayor significación cabe mencionar:

Participación en los períodos S y G1 del ciclo celular, promoviendo la duplicación
del ADN.

Aumento de la extensibilidad de la pared celular.

Participación en la diferenciación celular.

Estimulación de foto y gravitropismos.

Estimulación del desarrollo del fruto luego de la fecundación.

Regulación de la abscisión.

Participación en el fenómeno de dominancia apical, etc.
Las auxinas causan una rápida extensibilidad de pared en coleoptilos y tallos
jóvenes, si bien su acción no es directa sobre la pared sino intracelular o en membranas
plasmáticas. La célula vegetal exporta factores que aumentan la extensibilidad de la pared
celular (WLF) en respuesta al AIA.
Se postula para el citado fenómeno un mecanismo denominado “hipótesis del
crecimiento por acidez”. El mismo señala que la célula secreta H+ a las paredes primarias
por medio de una bomba ATPásica. El descenso del pH producido favorece la acción
hidrolítica de enzimas que escinden uniones de polisacáridos haciendo más laxa la
estructura; la citada modificación en la presión de la pared se opone a la presión de
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turgencia por lo que se modifica el “potencial de agua” produciéndose el ingreso de agua lo
que permite un crecimiento hasta el 70% de su volumen original, aparejado con el ingreso
de electrolitos, fundamentalmente potasio. Las auxinas serían también reguladoras del
balance osmótico en razón de regir la concentración citoplasmática de electrolitos.
Simultáneamente las auxinas estimulan la síntesis de enzimas que intervienen en
la biosíntesis de polisacáridos de pared, lo que ocasiona un crecimiento irreversible. Este
proceso ocurre por medio de la activación de proteínas regulatorias que migran del citosol
al núcleo para unirse a sitios específicos en los genes estimulando la transcripción.
Se han identificado proteínas que se unen a auxinas y no son necesariamente
receptores (ABP); se localizan principalmente sobre retículo endoplásmico y en la parte
exterior de la membrana plasmática.
Mediante extensos screening se ha determinado que numerosos compuestos de
síntesis presentan actividad auxínica; los más comunes son: ácido 1-naftalen acético
(ANA), ácido fenilacético, ácido cis-cinámico, ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D) y
ácido indolbutírico (IBA). Entre estos el más utilizado es 2,4-D fundamentalmente para
promover el crecimiento de explantos en forma indiferenciada.
Se han descubierto compuestos con actividad antiauxínica tanto naturales, aislados
de plantas superiores y hongos, como sintéticos. Como es de suponer existe relación entre
la estructura y la actividad antiauxínica, así por ejemplo 2,4-dicloroanisol, análogo de 2,4D, inhibe el crecimiento de coleoptilos de avena.
O
CH3
Cl
Cl
2,4-Dicloroanisol
O
CH2 COOH
Cl
Cl
2,4-Diclorofenoxiacético
Existen también compuestos naturales y de síntesis que inhiben el transporte de
auxinas como el llamado DPX 1840 cuyos efectos fisiológicos contrarrestan a los de
auxinas y presentan sinergismo con etileno y ácido absícico (ABA).
Se han establecido cuatro rutas diferentes para la síntesis de AIA a partir de Ltriptofano. La más frecuente en plantas superiores involucra, en primer lugar la
desaminación del aminoácido por parte de triptofanoaminotransferasa para generar ácido
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indol-3-pirúvico, la posterior descarboxilación de éste genera indol-3-acetaldehido por
medio de la indolpirúvicodescarboxilasa y la obtención de AIA por deshidrogenación y
oxidación catalizada por la indolacetaldehidodeshidrogenasa NAD dependiente y la
indolacetaldehido oxidasa respectivamente. (Takahashi, 1986).
COOH
H
COOH
COOH
C
NH2
N
H
O
O
N
H
ácido indol-3-pirúvico
N
N
H
H
indol-3-acetaldehido
IAA
La auxina natural se metaboliza por dos rutas principales: el metabolismo oxidativo
o peroxidativo y la conjugación con aminoácidos y azúcares.
El primero de ellos genera, como principal producto en plantas superiores, al indol3-aldehído.
Como metabolitos mayoritarios de la segunda ruta se producen ácido indol-3acetilaspártico y 1-(indol-3-acetyl)--D-glucosa (Takahashi, 1986).
Reguladores de crecimiento
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COOH
N
H
O
COOH
OOH
NH
COOH
O
CHCOOH
N
N
CH2 COOH
N
H
H
O
ácido indol-3-acetilaspártico
O
N
OH
O
H
O
OH
OH
O
HOH2 C
OH
O
N
N
N
H
H
O
1-(indol-3-acetil)--D-glucosa
H
indol-3-aldehido
N
H
O
COOH
CH2 OH
N
H
N
H
N
H
El rol que se atribuye a los compuestos conjugados de auxinas es variado, se
sugiere que ésta es la forma de transporte de AIA, de almacenamiento, de reutilización , de
protección frente
a la degradación enzimática y de control homeostático de la
concentración de AIA en las plantas (Cohen, 1982).
Existen estudios que indican la mayor eficiencia de las auxinas sintéticas como el
ANA o el IBA respecto del IAA. Esto puede deberse en el caso de NAA, que al no poder
ser degradado por la IAA-oxidasa y otras enzimas encargadas de la degradación del IAA,
este permanezca más tiempo en el tejido originando en consecuencia mejores respuestas.
Respecto de IBA se conoce que presenta gran actividad, aún cuando es metabolizado con
rapidez para formar IBA-aspartato y otros conjugados, lo que sugirió que es una manera de
almacenamiento del IBA y que permite una liberación gradual del mismo, lo que mantiene
las concentraciones adecuadas para el desarrollo de los tejidos.
Reguladores de crecimiento
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Citoquininas
Las citoquininas son un grupo de fitorreguladores que gobiernan la división celular y la
diferenciación en tejidos vegetales, participan en el control del desarrollo y la senescencia.
Se definen como citoquininas a los compuestos naturales o de síntesis que en
presencia de adecuadas concentraciones de auxinas inducen la división celular en cultivos
de tejidos vegetales.
Se observó que tanto extractos de tejidos vegetales vasculares, leche de coco,
extracto de malta, como preparaciones de ADN envejecidas o autoclavadas en medio ácido
eran potentes activadores de la división celular en cultivos de tejidos de tabaco.
O
HN
N
N
KINETINA (K)
N
H
N
HN
H
N
NH
N
N
O
N
H
N
N,N-DIFENILUREA
BENCILAMINOPURINA (BAP)
Como ya hemos mencionado en 1955, (Millen, 1956) aisló e identificó, a partir de
ADN espermático, 6-furfurilaminopurina, compuesto al que denominaron kinetina debido
a su capacidad específica de producir citocinésis a bajas concentraciones en células de
tabaco. La kinetina (K) puede sintetizarse químicamente por diversas vías.
La primera citoquinina natural fue aislada de Zea mays (maíz) por lo que se la
denominó zeatina (Z) 6-(4-hidroxi-3-metil-2-trans-butenoamil)purina (Letham, D. 1963).
Posteriormente se aislaron
9--D-ribofuranosilzeatina ([9R]Z) y su 5'-monofosfato
(Letham, D. 1973).
Los métodos actuales de HPLC y GSMS han permitido aislar e identificar un gran
número de citoquininas naturales. Todas presentan una base adenina N6 sustituida; que de
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acuerdo al tipo de sustituyentes se pueden clasificar en dos grupos: análogas a N6isoprenoides y análogas a N6-benciladeninas.
Al primer grupo pertenecen la mayoría de las citoquininas vegetales y puede
subdividirse a su vez en tres clases. La primera es la formada por zeatina (Z) y sus
derivados, ribósidos, O-glucósidos, N-glicósidos, variaciones en cadena lateral o isómeros
cis. La segunda clase contiene los metabolitos de reducción como dihidrozeatina (diH) Z y
sus derivados y conjugados. Mientras que en la tercera clase se ubican N6- (2-isopentenil)
adenina, iP y sus derivados.
Al grupo de los análogos N6-benciladenina pertenecen la activa citoquinina
sintética 6-bencilaminopurina (BAP) y unos pocos derivados naturales especialmente
hidroxilados.
HOCH2
NH
NH
HOCH2
N
N
R2
N
N
N
N
R2
N
N
R1
R1
trans-zeatina
Zeatina (Z)
Ribozeatina [9R]Z
N-glucosilzeatina [9G]Z
cis-zeatina
R1
R2
H
Ribosa
Glucosa
H
H
H
R1
cis-ribozeatina
2-metil- cis-ribozeatina
Ribosa
Ribosa
R2
H
-CH 3
Al igual que la mayoría de las hormonas vegetales, las citoquininas inducen gran
diversidad de efectos fisiológicos. Por ejemplo, intervienen en el período M del ciclo
celular, favoreciendo la división, por lo que la mitosis sólo es posible si las auxinas han
estimulado previamente la duplicación del ADN. Además, estimulan el crecimiento por
aumento de plasticidad sin variar la elasticidad. A diferencia de las auxinas y giberelinas,
tienen efecto sobre hojas cotiledonales y no utilizan un mecanismo de acidificación.
Aumentan la síntesis de cierto tipo de proteínas específicas en detrimento de otras,
haciendo variar el pattern normal. Es evidente la rápida formación de poliribosomas en
respuesta a las citoquininas.
Las citoquininas retrasan la senescencia puesto que evitan la degradación de
proteínas existentes e inducen la síntesis de nuevas, particularmente algunas que estabilizan
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clorofilas. En presencia de luz intervienen en maduración y síntesis de cloroplastos debido
a que favorecen la síntesis de proteínas tilacoidales que enlazan las clorofilas retrasando su
degradación y también inducen la formación de proteínas fotosintéticas y estructurales de
membranas tilacoidales.
Por otra parte inhiben la formación de radicales libres por lo que se evita la
oxidación de ácidos grasos no saturados de membrana.
Las citoquininas ocasionan una movilización diferencial de nutrientes hacia los
tejidos donde se hallan más concentradas, esto se denomina efecto “fuente-sumidero” y es
vital para el retraso de la senescencia.
En plantas superiores las citoquininas se sintetizan principalmente en los
sistemas radiculares. La producción de citoquininas libres se da por dos mecanismos: la
síntesis de novo y la liberación de las contenidas en el ARN de transferencia (ARNt),
también existe una combinación de ambos.
La citoquinina mayoritaria en ARNt es 9RiP y se forma por la transferencia de un
grupo isopentenilo desde 2-isopentenilpirofosfato (2-IPP) al N6 de una base adenina del
ARNt mediante un sistema enzimático.
De todas formas las pequeñas cantidades de citoquininas presentes en ARNt y el
bajo índice de recambio del mismo son suficientes para afirmar que debe existir síntesis de
novo. Se ha demostrado la conversión de AMP en citoquininas libres en sistemas libres de
células provenientes de cultivo de tabaco; la enzima involucrada, 2-isopentenilpirofosfato: 5'-AMP-2-isopenteniltransferasa, ha sido purificada (Toya, 1978; Chem,
1979).
El metabolismo de las citoquininas naturales ha sido estudiado en plantas intactas,
en órganos aislados, y en cultivos de tejidos aplicando, en todos los casos, exógenamente
los compuestos en estudio. Citoquininas derivadas de Z son convertidas en una gran
diversidad de metabolitos mediante una o más de las siguientes reacciones básicas: a)
trans-hidroxilaciones de los grupos metilos terminales de las cadenas laterales de los
derivados de iP; b) reducciones en cadena lateral en Z y sus derivados; c) clivaje de las
cadenas laterales isoprenoides; d) O-glicosilaciones; e) N-glicosilaciones; f) sustituciones
anulares por alanina; g) interconversiones de base entre ribonucleótidos y ribonucleósidos
(Palni, 1983; Mc. Gaw, 1983; Terrine, 1980).
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Giberelinas
Dentro de la clasificación de giberelinas se encuentra una familia de compuestos
diterpénicos conocidos como ent-giberelanos. Si bien el más popular es el ácido giberélico
(GA3), actualmente se conocen alrededor de ochenta giberelinas de origen natural,
presentes en vegetales y microorganismos.
OH
O
H
CO
CH2
HO
H
CH3
H
CO2H
ácido giberélico
(GA 3)
En la actualidad se conoce que las giberelinas se encuentran involucradas en el
control de procesos claves en el desarrollo de las plantas, entre los que pueden citarse
elongación de tallos, movilización endospérmica, floración y fructificación.
La elongación de tallos, fue el primer efecto que se les asignó a las giberelinas. El
proceso de elongación puede deberse a la estimulación de la división o a la elongación
celular. Esto tiene su origen en el control que producen este tipo de compuestos en la
expresión de un gran número de genes, incluidos los de la síntesis de proteínas intrínsecas
del tonoplasto, y la formación de canales de agua que regulan el flujo hídrico dentro de la
vacuola durante el proceso de expansión.
El sistema mejor caracterizado en que las giberelinas son activas, es el control de la
transcripción en la aleurona induciendo la síntesis de enzimas hidrolíticas especialmente amilasas.
En el desarrollo floral actúan a nivel de expresión de genes involucrados en la
biosíntesis de flavonoides tales como los que codifican para la síntesis de chalcona
sintetasa (Huttly, 1995).
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En cultivos de callos las giberelinas inhiben la organogénesis, específicamente la
formación de yemas, que dan origen a vástagos (Ezura, 1995).
Se ha observado la presencia de enzimas involucradas en la síntesis de giberelinas
en hojas jóvenes yemas y principalmente semillas en desarrollo. El proceso comienza de
ácido mevalónico siguiendo la ruta de los diterpenos como se esquematiza en el siguiente
diagrama.
3 CoASH
3-acetil CoA
OH
CH2 COOH
C CH3
HO
CH2
CH2 OH
4 pirofosfato de isopentenilo
CH2 OH
Kaurenol
CH3
C
CH2 CH2
CH2
CH2 OP2 O 6
CHO
-3
O
P
O
OH
O
P
OH
O
Kaureno
pirofosfato de copalilo
COOH
CHO
COOH
Kaurenal
ácido Kaurenoico
ácido giberélico
Otras giberelinas
Una vez sintetizados probablemente la forma de transporte sea a través de floema y
xilema.
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Ácido abscísico
El ácido abscísico (ABA) reúne todas las condiciones para ser considerado una
hormona, presenta efecto inhibidor sobre el crecimiento al ser aplicado a plantas intactas y
antagoniza la acción de las hormonas promotoras del mismo; además ejerce una gran
variedad de efectos sobre el metabolismo vegetal.
El nombre de ácido abscísico deriva del antiguo rol que se le atribuía a esta
hormona en la abscisión de las hojas.
Es un compuesto de naturaleza terpénica que se origina en las raíces y hojas
maduras, particularmente en respuesta al estrés hídrico.
Partiendo de farnesilpirofosfato (FPP), podemos delinear sus dos rutas principales
de biosíntesis. Una involucra la ciclación de un precursor C-15, mientras que en la otra se
forma en primer lugar un carotenoide C-40 seguido de metabolismo oxidativo que conduce
a la estructura C-15.
El camino directo es utilizado principalmente por hongos.
FPP
OH
COOH
HO
OH
COOH
O
COOH
O
ABA
1´-Deoxi-ABA
En plantas el carotenoide 9´-cis-neoxantina es el principal precursor de ABA.
Deriva de la violoxantina todo trans, luego se realiza el clivaje de la cadena poliénica para
generar xantoxina, la cual es transformada en ABA vía ABA-aldehído. Esto ha sido
confirmado utilizando extractos libres de células de hojas de Phaseolus vulgaris. Este
fitorregulador se sintetiza en raíces y hojas maduras y se transporta por floema en forma
ascendente y port xilema desde las hojas.
Reguladores de crecimiento
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OH
O
O
HO
Violaxantina todo trans
OH
HO
.
O
HO
Neoxantina todo trans
O
O
CHO
HO
Xantoxina
OH
CHO
O
ABA-aldehído
HO
OH
O
COOH
ABA
OH
OH
HO
COOH
Las enzimas involucradas en estas últimas etapas son xantoxina oxidasa y aldehído
abscísico oxidasa, que es la que está ausente en las mutantes no productoras de ABA y
además es dependiente de NADP+.
El ABA es transportado al resto de los órganos del vegetal desde las raíces vía
xilema y desde las hojas vía floema, incluso existen evidencias de que sería transportado
hacia las raíces vía floema y que retornaría hacia los vástagos por el xilema.
Dentro de los numerosos efectos fisiológicos que el ABA presenta podemos citar su
participación en el cierre estomático que preserva la reserva hídrica del vegetal. Este tipo
de regulador también inhibe el crecimiento de los vástagos en respuesta al estrés por falta
de agua, induce la síntesis de proteínas de almacenamiento en semillas. Posee un efecto
Reguladores de crecimiento
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contrario al de las giberelinas en la síntesis e inducción de -amilasas en los procesos de
germinación. Por otra parte las injurias mecánicas inducen el incremento de los niveles
endógenos de ABA que a su vez activa la transcripción de genes que codifican para
inhibidores de proteinasas por lo que esta involucrado en las defensa frente al ataque de
insectos.
Etileno
El etileno (C2H4) ha sido considerado por mucho tiempo como la hormona de la
madurez y el envejecimiento, pero su rol en los tejidos vegetales es mucho más amplio y
diverso. Este gas se sintetiza a partir de metionina en gran cantidad de tejidos vegetales
fundamentalmente en respuesta al estrés. Es el único hidrocarburo que presenta un efecto
pronunciado sobre las plantas aunque no parecería ser esencial para el desarrollo vegetativo
normal. Su síntesis se exacerba en tejidos senescentes o en proceso de maduración. Pero
como es un gas se moviliza por difusión. El intermediario más importante en su proceso
de biosíntesis es el ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico (ACC) el cual es
transformado en etileno en presencia de oxígeno, por lo que puede ser transportado a
grandes distancias del efecto causal.
Ribosa
CH3 S
CH2 CH2
CH COO
+NH
3
C4-aceptor
-
CH3 S
Ribosa
Ade
+
CH3 S
CH2 CH2
Ade(SAM)
CH COO
+
NH 3
-
CH3 S
Ade(SAM)
Anaerobiosis
Desacoplantes
Co2+
Temperatura
Luz
Maduración del fruto
AIA
Heridas
Inundaciones
AVG
AOA
+
2 HC
2 HC
CH2
2 HC
NH 3
C
COO
-
O2
Reguladores de crecimiento
Crecimiento y cultivo vegetal
Entre sus aciones podemos mencionar:
*Inducción de senescencia en flores y hojas.
*Promoción de formación de raíces adventicias en algunas especies.
*Expresión de sexo en flores de especies monoicas (formación de flores
femeninas).
*Interrupción de latencia de las semillas de algunas especies (en este caso el etileno
podría ser aportado por los hongos de la rizósfera).
*Inducción de la floración.
*Inducción de epinastia de hojas.
*Inhibición del alargamiento de tallos y raíces en dicotiledóneas que se hacen mas
gruesos por expansión radial.
*Regulación de la abscisión.
*Inducción de la maduración de los frutos.
Jasmonatos
Tanto la regulación del crecimiento vegetal como la respuesta al estrés están
estrechamente relacionadas con el metabolismo de los ácidos grasos polinsaturados.
El ácido jasmónico y su metil éster han sido aislados de diferentes especies
vegetales (Miersch, 1989; Miersch, 1987; Meyer, 1984; Kaise, 1974). Actualmente se
considera a los jasmonatos como un
nuevo grupo de reguladores que inhiben el
crecimiento y promueven la senescencia (Vick, 1984).
Por su estructura han sido comparados con las prostaglandinas de mamíferos
(Zimmerman, 1984).
COOR
R = H Acido Jasmónico
R = - CH3 Metiljasmonato
O
Numerosos autores, siguiendo muy distintas metodologías experimentales, han
demostrado que los prostanoides están involucrados en los sistemas intracelulares de
Reguladores de crecimiento
Crecimiento y cultivo vegetal
transducción de señales, fundamentalmente en procesos relacionados al estrés. (Dittrich,
1993; Farmer, 1990).
Se observa que los niveles endógenos de ácido jasmónico son máximos antes de la
transcripción de genes que codifican los compuestos relacionados con la defensa, éstos
ubican a este compuesto en un lugar preponderante y desempeñando un rol integral como
señal de transducción en plantas.(Mirjalili, 1996).
En mamíferos, los icosanoides se sintetizan a partir de la liberación de ácido
araquidónico de las membranas plasmáticas al citoplasma; análogamente las células
vegetales utilizan ácido linolénico como sustrato de la lipoxigenasa (LOX) (Vick, 1984).
Esta reacción ha sido ampliamente estudiada debido a que la generación de hidroperóxidos
altamente reactivos es una causa potencial de daño celular.
En 1978 se demostró que el hidroperóxido del ácido linolénico se convierte,
mediante la acción de una hidroperóxido ciclasa en un ácido graso cíclico de 18 átomos de
carbono, el 12-oxofitodienoico (12 oxo-PDA) (Zimmerman, 1978). Este último es reducido
y -oxidado hasta un ácido compuesto de 12 carbonos, el antes mencionado ácido
jasmónico.
Reguladores de crecimiento
Crecimiento y cultivo vegetal
COOH
O2
Lipooxigenasa
OOH
COOH
Acido 13-hidroperoxilinolénico
[13-HPOtre]
Hidroperóxidociclasa
COOH
12-oxo-PDA
O
Reductasa
COOH
O
-oxidación
COOH
O
-oxidación
COOH
O
-oxidación
O-glucósidos
H
R
COOH
S
Epimerización
O
H
Oxidac.
Hidroxilaciones
Jasmónico
(1R,2S)
COOH
Reducción
Conjugación
Conjugadas
* Metil y glucosil ésteres
* Con aminoácidos
O
COOH
(-) Jasmónico (1R,2R)
HO
El ácido jásmonico se sintetiza en plantas como 1R, 2S-JA, también llamado (+)-7iso-JA o 3R, 7S-JA. (Albrecht, 1993).
Las enzimas de las rutas biosintéticas de los jasmonatos son constitutivas. Se
propone que su regulación, como ocurre en los animales con la ruta del ácido araquidónico,
está a nivel de la disponibilidad de precursores por lo que se le atribuye un rol fundamental
a la lipasa que controla la liberación de ácido linolénico. (Albrecht, 1993; Farmer, 1992).
Reguladores de crecimiento
Crecimiento y cultivo vegetal
De acuerdo al modelo propuesto por Farmer y Ryan (Farmer, 1992) el ácido
linolénico es liberado en respuesta a señales traumáticas y es convertido en jasmonatos.
Estos actúan sobre un sistema de receptores que regulan la expresión génica, por ejemplo
en la transcripción de genes que codifican para la síntesis de proteína inhibidora de
proteinasas.
RI
Lipasa
R II
Acido Linolénico
LOX
Dehidrasa
-oxidación
JA - JAME
Receptor de JA
Activación de genes
Síntesis proteica
inhibidores de la proteinasa
El modelo descripto indica que los genes activados por los jasmonatos regulan en
plantas tanto las respuestas a condiciones ambientales como el propio desarrollo del
vegetal y propone tanto a sistemina como a los oligourónidos producidos por el ataque de
insectos o patógenos como las señales que actúan sobre receptores en célula blanco para
iniciar la ruta de respuesta basada en los octadecanóicos.
Los jasmonatos ejercen diversos efectos en plantas y aún existen discrepancias en
cuanto a, si deben ser considerados como reguladores hormonales o como simples factores
del estrés en el proceso de la senescencia foliar, un hecho perfectamente probado
(Ueda,1990; Chou,1992). Al respecto se ha demostrado la reducción en los niveles de
clorofila y en la actividad de la Rubisco (Parthier,1990). También inhiben la germinación
del polen y la semilla (Yamane, 1981; Wilen, 1991). Además inducen la acumulación de
proteínas de almacenamiento (Mason, 1990) y de ARNm que codifica proteínas abundantes
en la embriogénesis (Reinbothe, 1992). Otros autores sostienen que la germinación de
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Crecimiento y cultivo vegetal
embriones de manzanas es estimulada por la adición de ácido jasmónico e inhibida por el
ácido salicilhidroxámico que es un conocido inhibidor de la lipoxigenasa (Ranjan, 1994).
Estos icosanoides también provocan el aumento de proteínas tilacoidales y de
proteínas solubles relacionadas con el estrés salino (Maslenkova, 1992), inducen la
tuberización en papa, principalmente debido a que participan en la expansión celular
(Takahashi, 1994) este último efecto se asocia con las analogías estructurales que presentan
con el ácido tuberónico.
Se ha demostrado que la fluidez de las membranas decrece en protoplastos aislados
a partir de plantas desarrolladas bajo altas concentraciones de ácido jasmónico (1 a 10 M)
(Vilhar, 1991). Esto podría justificarse teniendo en cuenta que el suministro de jasmonatos
desencadena una respuesta que puede involucrar daño a las membranas celulares ya que
incluye la liberación de elicitores a partir de éstas. A su vez, los ácidos grasos
polinsaturados de membrana son precursores en la biosíntesis y podrían “ autocatalizar” la
producción de jasmonatos endógenos (Vick, 1986). La citada liberación de los
componentes insaturados de la bicapa lipídica disminuye notablemente la fluidez debido a
que predominan, luego del proceso, fosfolípidos con ácidos grasos saturados los cuales son
menos móviles (Leshem, 1987).
Además los jasmonatos han sido identificados como metabolitos secundarios de
diferentes géneros de hongos basidiomicetes como Collybia, Mycena, Phellinus, Strofaria,
Trometes, etc. La función de los icosanoides en los micelios fúngicos se desconoce pero se
les atribuyen posibles roles alelopáticos en la interacción planta-hongo. Es un ejemplo de
esto la inducción de senescencia en rosas ornamentales por Botryodiploidia theobromae ,
la que sería estimulada por los jasmonatos de origen microbiano (Miersch, 1993).
Poliaminas
Las poliaminas tales como espermina y espermidina han sido consideradas como
reguladores de crecimiento a partir de 1982, puesto que no solo están ampliamente
distribuidas en las diferentes especies vegetales sino que también ejercen diferentes efectos
a concentraciones micromolares. Este tipo de compuestos ejercen control sobre el
desarrollo lo cual es una característica fundamental de las hormonas que las distingue de
sustancias que presentan rol de nutrientes como aminoácidos o vitaminas. Las poliaminas
son esenciales en la división celular vegetal y en los procesos morfológicos normales. Las
plantas
cuyos
niveles
de
poliaminas
están
genéticamente
alterados
presentan
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Crecimiento y cultivo vegetal
modificaciones en su desarrollo normal. Por ejemplo es imposible lograr la formación de
embriones a partir de callos con bajos niveles de poliaminas o es posible lograr el
desarrollo de anteras en lugar de ovarios en ejemplares hiperproductores de estas
hormonas.
Brassinólidos
Los brasinólidos son también denominados brasinoesteroides por su naturaleza
química ya que se trata de esteroides polihidroxilados y por haber sido aislados, en
principio, del polen de plantas del género Brassica. Este grupo de reguladores que
comprende a más de sesenta compuestos esteriodales que fue considerado como propio de
ciertas especies pero actualmente se conoce su amplia distribución en el reino vegetal, tal
es así que se hallan tanto en mono como en dicotelodóneas , gimnospermas y algas
verdes. Producen efectos sobre el crecimiento y desarrollo a muy bajas concentraciones
como por ejemplo promoción de la elongación y división de tallos aislados y plántulas.
Exógenamente aplicados inhiben el crecimiento de la raíz aunque incrementan el
gravitropismo, retardan la absición de hojas, aumentan la resistencia al estrés y
promueven tanto la síntesis de etileno como la epinastia (curvatura hacia abajo de
determinados órganos que se produce por el mayor crecimiento del lado superior) y la
diferenciación xilemática.
La variación estructural resulta de las diferencias de
funcionalización de los anillos A y B y de la cadena lateral que puede presentar distinto
grado de oxidación.
Ácido salicílico
Desde hace mucho tiempo se conoce la presencia de salicilatos en la corteza de los
sauces, pero recientemente se los ha descripto como compuestos potencialmente
reguladores. El efecto más conocido es su comportamiento como sustancia calorigénica
puesto que produce termogénesis en flores del género Arum. Pero el rol más general que se
les atribuye es la participación en los sistemas relacionados con la defensa frente a ataques
de organismos patógenos ya que ha sido demostrado que inducen la
producción de
proteínas relacionadas con la patogenia. Los salicilatos también prolongan la longevidad de
las flores, inhiben la biosíntesis de etileno, la germinación de la semilla, bloquean los
procesos de respuesta frente a injurias mecánicas y revierten los efectos del ácido abscísico.
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Oligosacáridos
Los oligosacáridos modulan el crecimiento y desarrollo vegetal a bajas
concentraciones. Las pectinas que son -1,4-galacturónidos principalmente y que también
pueden contener arabinosa y ramnosa se obtienen por hidrólisis química o enzimática de
paredes celulares. Varían en su grado de polimerización de 20 a 2 unidades. Antagonizan
la acción auxínica a niveles 10 a 100 veces inferiores a aquellos necesarios para
desencadenar efectos elicitores. Concretamente se ha informado la inhibición de
crecimiento de tallos aislados, de la inducción de enraizamiento y de la embriogénesis
somática inducida por auxinas. Los oligogalacturónidos inducen la formación de flores e
inhiben la de raíces sobre explantos de células de tabaco. Esta acción se hatribuye a su rol
en la interferencia con los sitios de unión a auxinas o bien a la alteración de su
metabolismo.
Otro grupo de polisacáridos que actuan como reguladores del crecimiento vegetal es el de
los xiloglucanos que componen la hemicelulosa formando uniones no covalentes entre las
microfibrillas de celulosa en las paredes celulares vegetales. Se propone que estos tienen
un rol determinante como factores controlantes de la elongación y crecimiento celular. Se
obtienen por hidrólisis con
una endo-b-1,4-glucanasa y posterior purificación
cromatográfica. Dependiendo de los residuos presentes los xiloglucanos pueden inhibir el
crecimiento inducido por auxinas, giberelinas y acidez a concentraciones inferiores a 1
mM. Contrariamentte a altas concentraciones promueven la elongación de vástagos en
ausencia de auxinas. El principal problema para su empleo como fitorreguladores exógenos
es la inhomogeneidad de las preparaciones polisacarídicas.
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