Download Figura I. Estructura química del Brasinólido

Universidad de Costa Rica.
Escuela de Agronomía.
AF-5408 (II-2011)
Luis Carlos Arrieta Lara.
A80652
Revisión de Literatura Brasinoesteroides.
Introducción.
En 1968 Marumo y colaboradores descubrieron, en un extracto metanólico de una planta
conocida en Japón como "isunoki" (Distylium racemosum), tres fracciones que al ser
probadas presentaban una inusual pero atractiva actividad promotora del crecimiento
vegetal en un ensayo denominado Inclinación de la Lámina de Arroz (ILA), estas fracciones
fueron nombradas como A1, A2 y B (Iglesias et al. 2000).
Tiempo más tarde en la investigación del Departamento de Agricultura de los Estados
Unidos, un grupo de investigadores descubrió un extracto lipoidal, obtenido a partir de
polen de nabo (Brassica napus), que presentaba una marcada actividad estimuladora del
crecimiento vegetal. En este caso la sustancia encontrada en el extracto se denominó
comúnmente como Brasinolida y actualmente se la conoce como el primer
brasinoesteroide natural aislado (Hassan, 2004).
La única parte en las plantas donde no se han encontrado brasinoesteroides son las raíces,
sin embargo, en las partes aéreas las concentraciones están en el orden de ng/Kg o μg/Kg.
Precisamente, es la concentración de los brasinoesteroides la que los hacen tan
llamativos, en polen o en semillas inmaduras se han encontrado brasinoesteorides en
concentraciones entre 1 y 100 ng por cada gramo de peso seco, siendo estas las fuentes
naturales más ricas en esta clase de hormonas; en otros tejidos como brotes u hojas se
han encontrado en concentraciones que varían entre 0.01 y 0.1 ng por cada gramo de
peso seco (Román et al. 2001).
Por lo que en términos generales se puede afirmar que los brasinoesteroides se
encuentran en mayores cantidades en tejidos jóvenes y que en ellos pueden expresar
efectos más notables, en comparación con tejido adulto (Román et al. 2001).
Los brasinoesteroides generaron un interés práctico en la agricultura por sus efectos como
estimuladores del crecimiento, al inicio se empezaron a aplicar BR naturales con el fin de
promover el rendimiento en los cultivos. Pero debido a los problemas que se generaron
por la aplicación de éstos en condiciones de campo hizo posible que se introdujeran
algunos análogos de los BR, los cuales se obtuvieron por vía sintética y que a su vez
resultaban más económicos y con efectos de más larga duración en estas condiciones
(Mazorra-Nuñes, 2008).
Estructura Química.
Los Brasinoesteroides (BR), son polihidroxifenoles de naturaleza esteroidal, han sido
aceptados como regulador de crecimiento entre ellos se encuentra la brassinólida (BL), la
cual se considera la más activa de este grupo y fue aislada en 1979 a partir de granos de
polen de Brassica napus (Riveros, 2010).
Bishop y Yokota para el año 2001, propusieron definir a los brasinoesteroides como
esteroides que tengan un oxígeno en el átomo de carbono C-3 y otros adicionales en C-2,
C-6, C-22 y C-23, como se puede observar en la figura 1.
Figura I. Estructura química del Brasinólido (BL).
A finales de los 80 se habían caracterizado alrededor de 16 BR, sin embargo hasta la fecha
se han encontrado más de 50 BR los cuales han sido caracterizados y aislados, siendo los
más abundantes la brasinólida y la castasterona y por ende los de más amplia distribución
(Mazorra-Nuñes, 2008).
Modo de Acción.
Los brasinoesteroides son moléculas polihidroxiladas de estructura esteroidal que actúan
como potentes reguladores del crecimiento vegetal, provocando el aumento del
rendimiento de las cosechas y confiriendo resistencia a las plantas contra factores
medioambientales adversos. No existe una propuesta sobre su mecanismo de acción. Se
entiende que, como en todas las uniones ligando-receptor, las interacciones débiles no
covalentes juegan un papel determinante en la formación del complejo hormona-receptor
(Amorós. 2005).
Según Choe (2010), toda la ruta biosintética se puede dividir en dos grandes secciones
llamadas ruta de oxidación temprana y ruta de oxidación tardía, la primera sección que
abarca la formación de esteroles, en la que el escualeno se convierte en campesterol, la
misma que abarca una serie de 13 reacciones bioquímicas; y la segunda sección en la que
el campesterol se convierte en brasinolida en 11 reacciones adicionales.
Dentro de la ruta biosintética deben producirse ciertos cambios importantes con el fin de
obtener moléculas bioactivas, entre estos cambios se incluyen: la formación del grupo oxo
en la posición C-6, adición de los grupos hidroxilo en las posiciones C-22 y C-23, formación
del sistema diol en los carbonos 2 y 3 del anillo A y la oxidación Baeyer-Villager en el anillo
B (Choe, 2010).
La ruta biosintética que abarca la transformación de campesterol en brasinolida posee dos
puntos de bifurcación que dan lugar a cuatro ramas dentro de la ruta bioquímica de
formación, el primer punto de ramificación es el campesterol, el cual puede seguir por la
ruta de oxidación temprana o por la ruta de oxidación tardía del carbono 22. El segundo
punto de ramificación es el campestanol, este puede seguir la ruta de oxidación temprana
o la ruta de oxidación tardía del carbono 6, cualquiera que sea la ruta que se siga, estas
vuelven a unirse con la formación de la castasterona, la misma que requiere de una
reacción más para dar lugar a la brasinolida (Choe, 2010).
Ciertos estudios demostraron que una posible proteína receptora denominada BRI1,
presentaba ciertos dominios ricos en el aminoácido Leucina (LRR), los cuales podían
funcionar en cuanto al reconocimiento de las señales extracelulares que ocurrían en la
superficie de la célula. Posteriores estudios revelaron que efectivamente la proteína BRI1
es el receptor de los BR en las plantas, y a la vez se demostró la importancia que tiene el
dominio extracelular de BRI1 en cuanto al reconocimiento de la brasinólida (MazorraNuñes, 2008).
En este mismo estudio se detalla que posteriormente se encontró que los BR se pueden
unir directa o indirectamente a la proteína BRI1, para lograr la transducción de la señal de
manera que la unión ocurre a través de una región específica dentro del dominio
extracelular del receptor BRI1. Se encontró además cierta relación entre el dominio extra
celular de LRR y el receptor BRI1 el cual le confiere cierta resistencia a las enfermedades,
lo que ayudó a dilucidar la existencia de ciertas interacciones entre las rutas de
señalización de los esteroides que confieren esta resistencia a enfermedades, por lo que
se dice que los BR aumentan la resistencia a ataques por patógenos.
También se descubrió la presencia de un dominio citoplasmático que posee actividad
quinasa y que es indispensable para la transmisión de la señal hacia el interior celular, este
dominio es el que posee los sitios potenciales de la fosforilación con serina y treonina, lo
que permite pensar que estos sitios pueden funcionar para la activación de la quinasa a
través de la homodimerización del receptor BRI1.
Se observó además que una acumulación de brasinolida (BL) y de sus precursores así
como la activación de los genes biosintéticos bwf4 y cpd, son importantes en la regulación
de la biosíntesis de BR. Se cree además que es necesaria la presencia del receptor BRI1
para la represión del gen cpd por retroalimentación negativa en la oscuridad, sin embargo
la expresión del gen BRI1 es constitutiva y no se altera en respuesta a la luz (MazorraNuñes, 2008).
Este estudio reveló también la existencia de una segunda proteína quinasa (RLK) la cual
poseía dominios ricos en leucina la cual se relacionaba con la percepción de los BR y a la
cual llamaron BAK1, lo que permitió conocer la interacción directa de las proteínas BRI1 y
BAK1 en la formación de un heterodímero entre ambas proteínas. En general se
desconoce el mecanismo de activación del complejo receptor BRI1, sin embargo existen
dos hipótesis de las cuales la primera sugiere la heterodimerización BRI1-BAK1 inducida
por los BR, y la otra plantea que los monómeros de BRI1 interactúan para formar
homodímeros y que no se requiere de inicialmente de BAK1 para que el receptor
reconozca al ligando.
Efecto de los BR en plantas sujetas a distintos tipos de estrés.
BRASINOESTEROIDES.
ESTRÉS ABIÓTICO.
Estrés Oxidativo.
Hídrico.
Salino.
ESTRÉS BIÓTICO.
Hongos, Bacterias y Virus.
-Estimula síntesis de ABA y
Etileno.
-Estimula síntesis de proteínas
de defensa.
-Aumento de la actividad de
enzimas: catalasa.
-Aumento de la tasa
fotosintética neta.
Aplicaciones de Pesticidas.
Estrés Osmótico
(Sequía, Salinidad,
Frío)
-Aumenta la asimilación de CO2.
-Aumenta la tasa fotosintética
neta.
-Aumenta el nivel de ABA y
prolina.
Estrés por Metales Pesados
-Aumento de la tasa fotosintética neta.
-Estimula el metabolismo de Nitrógeno.
Estrés Térmico
-Aumenta el nivel de proteína de shock
térmico.
Fuente: Bajguz. A; Hayat. S/Plant Physiology and Biochemestry 47 (2009):1-8
Efecto según cultivo.
Ciertos resultados obtenidos en investigaciones anteriores demuestran que BR no tienen
mucho efecto cuando las condiciones de crecimiento son óptimas, pero sí cuando las
plantas crecen en condiciones de estrés (Bajguz-Hayat.2009). Entre los efectos observados
para ciertos cultivos para pruebas realizadas en menor escala se pueden mencionar:
-
Lechuga: 25% de incremento (peso hojas/planta).
-
Habas: 45% de incremento (peso semillas/planta).
-
Incrementos similares en rendimiento de trigo, cebada, arroz.
-
Papa: incrementa tamaño de tubérculo y resistencia a enfermedades.
-
Elongación de epicótilos en soja (Glycine max).
Efecto In vitro.
Ciertos estudios realizados en cítricos han utilizado los brasinoesteroides como
mecanismo para la propagación por embriogénesis somática, ya que se ha considerado
que estos
biorreguladores son efectivos en los procesos morfogenéticos, utilizados
generalmente a bajas concentraciones, como sustitutos o complementos de las auxinas y
citoquininas (Hernández et al. 2010).
Kowalski et al para el año 2003, en su estudio para el mejoramiento de la calidad de
plántulas in vitro de papa, lograron obtener una mejor aclimatización en casas de cultivo y
mayor rendimiento de los minitubérculos. Además descubrieron que la aplicación in vitro
de bajas concentraciones del Brasinoesteroides lograron mejorar la resistencia al estrés de
la aclimatización in situ.
Por otra parte González et al, en el año 2001 se refirió al efecto de brasinoesteroides
sobre caracteres morfológicos y fisiológicos en vitroplantas de caña de azúcar.
En investigaciones anteriores es posible notar como varios de los autores mencionan que
el uso de brasinoesteroides en cultivos In Vitro, han demostrado ser un eficaz
complemento del 2,4 D (2 mg.l-1) en cuanto a la inducción de callos de arroz de las
variedades Pokkali y J-104. Además encontraron que estos BR en bajas concentraciones
favorecieron
la callogénesis en papa (Solanum tuberosum), brindando una mayor
desagregación en suspensiones celulares y promoviendo el desarrollo de células
meristemáticas y estructuras embrioidales. También fue posible observar efectos en callos
de café inducidos con concentraciones de 0.01, 0.05 y 0.001 de BR y transferidos a un
medio de cultivo embriogénico se observó una marcada estimulación sobre la evolución
de los mismos (Rodríguez et al.2003)
Modo de uso.
Brassinolide 0,1%
La brassinolina es un esteroide natural de plantas que normalmente se encuentran en
pequeñas cantidades en todos los vegetales. Al aplicar a las plantas mejoran el
crecimiento de las raíces, existe una mejor germinación de la semilla (Garcéz. 2011).
Brassinolide 0,9%
Según el mismo autor, Brassinolide 0.9 % es un grado de investigación que deben ser
disueltos en alcohol. No está destinado para el uso normal de la jardinería.
Entre las principales funciones se destacan Biosíntesis y el metabolismo, sin embargo se
puede utilizar también para:
1. Promover el crecimiento de la planta para aumentar la producción.
2. Aumentar la proporción de frutales y aumentar la unidad de peso.
3. Mejorar la resistencia de la planta a la sequía y frío.
4. Mejorar la inmunidad de la planta.
5. Utilizados en el cultivo de tejidos, regulan la diferenciación de los tejidos.
En su estudio Mariña et al para el año 2006, comprueban que el Biobrás 16 favoreció el
crecimiento de las plántulas en cuanto a altura de la planta y longitud de la raíz, y que esto
probablemente se debió al efecto estimulante del mismo, sobre los mecanismos de
división y alargamiento celular, además de la absorción de agua y regulación del potencial
de turgencia, los cuales son considerados procesos ligados al crecimiento.
Ejemplos de aplicaciones.
Al analizar gran cantidad de investigaciones es posible observar como los principales
ejemplos de aplicaciones se realizan mediante la imbibición de semillas o por asperción.
Por ejemplo en un estudio se menciona que los tratamientos se realizaron imbibiendo la
semilla durante 6 horas y además se asperjaron las semillas con iguales concentraciones a
los 15 o 25 días de regadas las semillas (Mariña et al. 2006).
En otro estudio que evaluaba el rendimiento de un cultivo de tomate (Lycopersicon
esculentum), Las semillas de cada tratamiento fueron imbibidas previo a la siembra en el
semillero con una solución de las sustancia a evaluar, a una concentración de 0.01ppm,
excepto el control (Jiménez et al. 2008)
Por otro lado se utilizaron los brasinoesteroides MH-5, Biobras-6 y Biobras-16 para ser
aplicados en el medio de cultivo semisólido de enraizamiento en concentraciones de 0.1,
0.05, 0.01, 0.005 y 0,001 mg.l-1, con el fin de evaluar caracteres morfológicos y fisiológicos
en un cultivo de papa In Vitro (Kowalski et al. 2008).
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