Universidad de Costa Rica Facultad de Ciencias Agroalimentarias Escuela de Agronomía Reguladores de Crecimiento Vegetal Rolbin Castillo Matamoros A61310

Oligosacarinas Introducción Las células vegetales están provistas de una pared celular, la cual tiene como funciones principales de protección, rigidez e intercambio de información con las células vecinas, mediante la interconexión de estructuras proteicas que la conforman, principalmente de enzimas y carbohidratos complejos; dentro de los cuales se encuentran las oligosacarinas sustancias derivadas de la degradación de polisacáridos (pectinas), y que están relacionadas con la respuesta al desarrollo natural y la defensa contra patógenos y plagas de plantas. Las oligosacarinas más estudiadas son las que específicamente se han asociado con la inhibición de la rizogénesis inducida por las auxinas, las que estimulan la formación de flores y la morfogénesis (Cabrera, 2000). El efecto y la especificidad de las oligosacarinas varían según el tipo, de sus características físicas, químicas y por supuesto de la especie vegetal. Asociado todo esto a la respuesta a los cambios ambientales, estado de diferenciación y su actividad. Estas condiciones, generan un estímulo, mediante la expresión de genes, que sintetizan efectores asociados a

reacciones de defensa y protección de las plantas, ante el ataque de

enfermedades y plagas, y que disminuyen los rendimientos de los cultivos (Cartaya et al., 2005). Las oligosacarinas son oligosacáridos, formados por cadenas cortas de azúcares, la primera oligosacarina descubierta fue un heptaglucósido, el cual tiene una estructura de 5 glucosas unidas por enlaces β 1,6 y de la 2ª y 4ª glucosa sale una ramificación unida por enlaces β 1,3 (Walker-Simmons et al., 1984). En el siguiente trabajo, se pretende explicar la importancia de las oligosacarinas y los efectos fisiológicos de estas sustancias en las plantas.

Estructura y síntesis La unión entre la pared celular de una célula con una célula vecina en conjunto, forman los tejidos, por lo que esta provee de estructura, protección y organización a toda la planta. Pero más allá de la estructuración que provee, se ha logrado determinar que la pared celular está involucrada en el intercambio de información, vía señalización, desde el medio extracelular para generar respuestas para el desarrollo. La pared celular está conformada por una asociación múltiple de polisacáridos, iones y sustancias aromáticas, las cuales varían de acuerdo a las condiciones de la planta y del tipo de tejido involucrado. Los principales polisacáridos presentes en la pared celular son, la celulosa, hemicelulosa y pectinas, de éstas últimas se derivan las oligosacarinas (Hadwiger et al., 1994). La celulosa es la que se presenta en mayor cantidad y es formadora de la red conectora de microfibrillas de alta estabilidad y resistencia. La hemicelulosa está constituida por carbohidratos neutros, como el xiloglucano, con función de conector entre las fibras de celulosa (Hernández et al., 2006). Las pectinas como los oligogalacturónidos, provienen del ácido D-galacturónico, unidos por enlaces α-1,4, los cuales forman una estructura no ramificada o lineal. Además de proveer fuerza y plasticidad a la pared, están asociadas al Ca++, esta unión conformacional, permite el entrecruzamiento de las cadenas del polímero y por ende de una mejor integridad de la pared (Figura 1).

Uniones Ca++ Pectina

Figura 1. Esquema general de la red que forman las estructuras proteicas de la pared celular.

Las oligosacarinas se pueden derivar tanto de la pared celular de hongos (derivadas de glucano y quitina) como de la pared celular de plantas (derivadas de xiloglucanos y pectina). 1. A partir de pared celular de hongos: a. Derivadas de glucano: los elicitores activos de glucano, fueron descubiertos de un filtrado de Phytophthora sojae (Ayers et al., 1976), están formados por glucósidos, con efectos fisiológicos como la acumulación y producción de fitoalexinas en soya, arroz, frijol, alfalfa, chícharo y pimiento verde (Hahn, 1996; Yamaguchi et al., 2000; Cline et al., 1978; Kobayashi et al., 1993), estudios realizados por Perkovskaya et al. (2004), determinaron que un extracto de Botrytis cinerea, aumentó la concentración de fitoalexinas en células de cebolla (Allium cepa). b. Derivadas de quitina: La quitina es un polímero de cadena larga de Nacetilglucosamina y es el principal componente de la pared celular de hongos, exoesqueletos de artrópodos e insectos. Los oligosacáridos derivados de estos polímeros generan reacciones de protección en diversas plantas. En raíces de Arabidopsis promueven la deposición de calosa (Millet et al., 2010), acumulación de fitoalexinas en vainas de chícharo (Hadwiger et al., 1994) y de inhibidores de proteasas en hojas de papa y tomate (Walker-Simmons et al., 1984; Peña-Cortes et al., 1988). 2. A partir de pared celular de plantas: a. Derivadas de xiloglucano: El xiloglucano es un polisacárido estructural de la pared celular primaria que forma enlaces b-(1-4)-D-glucosa con las cadenas laterales compuestas de a-D-xilosa, b-D-galactosa, a-D-fucosa y pequeñas cantidades de a-L-arabinosa y b-D-xilosa (Fry et al., 1993). Los xiloglucanos se detectaron primeramente en semillas (Kooiman, 1961) y posteriormente en la pared de células de arce en suspensión (Bauer et al., 1973). Cutillas-Iturbide et al. (1998), observaron que una mezcla de oligosacáridos derivados de xiloglucano incrementó la producción de etileno en frutos de pérsimo. Entre los efectos biológicos

de los oligómeros derivados del xilogucano están el crecimiento y expansión celular en células de tabaco y tallos de chícharo (McDougall y Fry, 1990; Kaida et al., 2010). b. Derivadas

de

pectina:

La

despolimerización

parcial

del

homogalacturonano genera oligogalacturónidos (OGAs) que exhiben efectos biológicos en plantas, como la estimulación de reacciones de protección y regulación del crecimiento y desarrollo (Hématy et al., 2009; Silipo et al., 2010). Los OGAs están involucrados en la ruta de biosíntesis del jasmonato durante la activación de los mecanismos de protección de las plantas contra patógenos (Norman et al., 1999). Estos también promueven la acumulación de fitoalexinas en soya, frijol, chícharo

y perejil (Davis et al., 1986; Tepper y Anderson, 1990;

Walker-Simmons et al., 1984; Davis y Hahlbrock, 1987). Otros de los efectos biológicos producidos por los OGAs son la acidificación y movilización de calcio en citosol y la activación de genes de resistencia en zanahorias (Messiaen y Van Cutsem, 1994). Asimismo, los oligómeros pécticos incrementan la producción de etileno en discos de pericarpio de calabacín y tomate, igual que en tomate entero y peras (Campbell y Labavitch, 1991; Balandrán-Quintana et al., 2002; Melotto et al., 1994). Además los OGAs y la auxina actúan de manera antagónica en la modulación del crecimiento y morfogénesis de los tejidos de las plantas (Bellincampi et al., 1993). El rango en el tamaño de los oligogalacturónidos (Figura 2) biológicamente activos fluctúa entre 9 y 15 residuos de ácido galactosilurónico (Cabrera et al., 2008). Estudios de O'Donnell et al. (1996) reportaron que una mezcla de OGAs con GP entre 1-8 incrementa la producción de etileno, mientras que OGAs con GP de 2-9 favorecen la despolarización del potencial de membrana en células de hojas de tomate (Thain et al., 1990). Recientemente se estudió el efecto del grado de metilación en la actividad de los oligosacáridos pécticos. Osorio et al. (2008) obtuvieron fresas genéticamente modificadas para producir

OGAs con un grado de esterificación menor al del fruto silvestre Fragaria vesca, y encontraron que estos aumentan la resistencia a la infección por Botrytis cinerea en el fruto transgénico, mediante la activación de la vía del ácido salicílico.

Figura 2. Estructura general de los oligogalacturónidos. Como se observa en la figura 2, la estructura general de los OGAs, formada por pentosas de carbono, “n” representa el grado de polimerización (GP) de la molécula, es decir el número de repeticiones. La actividad de los oligogalacturónidos disminuye, cuando los grupos carboxilos (– COOH) están esterificados o reducidos y cuando el extremo reductor del oligosacárido se reduce a alditol, por lo que esto también influye en la actividad biológica de los oligogalacturónidos. Modo de acción (función en la planta) Las oligosacarinas son pequeñas moléculas liberadas de la pared celular que funcionan como mensajeros químicos hormonales, que suelen regular los mecanismos de defensa, crecimiento, diferenciación, morfogénesis y reproductivo en plantas, se originan por hidrólisis enzimática de la pared celular. Estas son reconocidas en la superficie celular por diferentes receptores, lo que resulta en la estimulación de distintas vías metabólicas y un incremento de la resistencia sistémica adquirida (RSA), aún cuando la planta no posea genes determinantes de la resistencia específica a cierto patógeno. La RSA es efectiva contra un amplio espectro de diferentes patógenos y es a largo plazo.

El estudio de las oligosacarinas es relevante ya que forman parte de la red compleja de moléculas que participan en la activación de mecanismos de resistencia en plantas (Guevara et al,. 2010).

Interacción planta-patógeno: Las plantas se encuentran constantemente expuestas a microorganismos e insectos, cuya interacción puede ser compatible y hasta favorecer su desarrollo de forma simbiótica. Sin embargo, la presencia de depredadores u organismos fitopatógenos como virus, hongos, bacterias y nemátodos pueden ocasionar pérdidas parciales o totales en la producción de cultivos agrícolas (Garcia-Brugger et al., 2006). Particularmente, los hongos fitopatógenos producen glucanasas (galacturonasas y xilasas) que fragmentan a los polisacáridos de la pared celular para iniciar el proceso de infección de los tejidos vegetales. Los oligosacáridos generados por estas enzimas representan una fuente de carbono para los hongos, pero a su vez actúan en los tejidos afectados mediante la estimulación de reacciones de protección. Por consiguiente, en las plantas se sintetizan proteínas inhibidoras de glucanasas fúngicas para retardar la degradación de su pared celular, lo que a su vez incrementa el tiempo de vida de los oligosacáridos biológicamente activos (oligosacarinas) (Figura 3). Después del proceso de infección de los hongos, las plantas liberan ß-1,3endoglucanasas que fragmentan la pared celular fúngica y originan oligosacáridos, que también activan reacciones de protección en la celula vegetal. En los hongos se sintetizan proteínas inhibidoras de glucanasas para prevenir la degradación de su propia pared celular. Así, la relación entre los efectores moleculares liberados durante la interacción plantapatógeno determina en gran medida el grado de patogénesis (Agrios, 2005).

Figura 3. Actividad biológica de los oligogalacturónidos liberados en la pared celular de las plantas durante la colonización de los tejidos vegetales por los microorganismos fitopatógenos y durante los procesos de crecimiento y desarrollo (Cabrera, 2000). En la figura 3, se observa la interacción de los patógenos con la pared y membrana plasmática, donde se despolariza, hay salida de K+ y la entrada de Ca+2, las proteínas de la membrana sufren fosforización, activándose las fosfolipasas. En cuanto a la respuesta defensiva, las células vecinas a las dañadas se lignifican para evitar la penetración del patógeno, por lo que la planta adquiere resistencia sistémica, liberando las fitoalexinas de defensa. Los efectos en desarrollo y crecimiento, se basan en la regulación morfogenética en cuanto a la formación de flores, inhibición del enraizamiento, síntesis de etileno, inducción de la maduración y la expansión celular.

Las oligosacarinas pueden actuar, principalmente, de tres formas: 1. Como elicitores de fitoalexinas: durante la infección de un patógeno, provienen de las paredes celulares, polisacáridos, estos se sintetizan tanto del patógeno como del hospedero (en este caso una planta), por la acción de las enzimas específicas. Esta acción, permite que la planta pueda defenderse del ataque de patógenos, como hongos y bacterias. 2. Induciendo la síntesis de inhibidores de proteasas microbianas: la respuesta de las células vegetales, ante el ataque de microorganismos, es

la síntesis de altas cantidades de inhibidores de las proteasas microbianas. Por lo que al microorganismo le tomará mucho trabajo o no podrá degradar las proteínas de las paredes en las plantas, es decir, el patógeno no podrá entrar y por ende infectar a la planta. 3. Produciendo la muerte celular hipersensible: las plantas pueden actuar de diferentes maneras ante el ataque de los patógenos, por lo que puede programar la muerte de las células dañadas por el patógeno. Esta estrategia permite que el microorganismo se quede sin tejido físico y nutricional, por lo que imposibilita que el patógeno se propague. Permitiendo que la planta pueda accionar otros sistemas de defensa. Como es el caso de la síntesis de las oligosacarinas, que suelen ser pécticas y alta mente tóxicas. Los OGAs como elicitores y su mecanismo de acción: El reconocimiento entre las plantas y sus patógenos es un proceso complejo y relevante, donde los microorganismos patógenos deben primeramente interactuar con los receptores de la superficie celular del hospedero (Hématy et al., 2009). Según el tipo de interacción es la señal enviada hacia el interior de la célula, así como la rapidez y especificidad de la respuesta. Por su parte, las plantas son organismos sésiles y cuentan con mecanismos sofisticados para detectar a sus patógenos (Silipo et al., 2010). El término elicitor fue designado originalmente para moléculas y otros estímulos que favorecen la síntesis de fitoalexinas (Keen, 1975). Éstas presentan propiedades antimicrobianas y elevan la resistencia de las plantas, por lo que son componentes importantes de los mecanismos de protección de las células vegetales (MertTürk, 2002). Las moléculas elicitoras pueden ser de distinta naturaleza química y estructural, entre las que se incluyen proteínas, glucoproteínas, glucanos, lípidos y moléculas sintéticas, que ejercen su acción biológica al ser reconocidas por receptores específicos de la pared o membrana celular. Generalmente, las reacciones de protección de las plantas se agrupan en tres tipos de modificaciones metabólicas posteriores a la percepción del patógeno. Primero ocurre una estimulación intensa de las vías metabólicas secundarias, que conducen a la producción y acumulación de fitoalexinas (Mert-Türk, 2002) y especies reactivas de oxígeno (Aziz et al., 2004). Segundo, ocurre un reforzamiento de las barreras mecánicas

naturales de las células vegetales, mediante la deposición de macromoléculas como proteínas y glucoproteínas ricas en prolina (Bradley et al., 1992), polisacáridos como la calosa (Millet et al., 2010) y polímeros aromáticos del tipo de la lignina (Bruce y West, 1989). El tercero comprende la producción de una gran gama de péptidos y proteínas defensivas, la mayor parte de ellas conocidas como proteínas relacionadas con la patogénesis (PR) (Hématy et al., 2009). Según estudios realizados por Moerschbacher et al. (1999) e Inngjerdingen et al. (2005), la respuesta biológica ha sido obervadas en plantas moncotiledóneas y dicotiledóneas. La respuesta de la planta, puede variar según el tipo, especie, y por supuesto de la estructura de la oligosacarina presente o utilizada. Por lo tanto las oligosacarinas actúan como moléculas señalizadoras de efectos biológicos que pueden separase en dos grupos: 1. Respuestas rápidas: se observa la acción de las oligosacarinas en la superficie celular, en pocos minutos de su aplicación o síntesis. 2. Respuestas retardadas: la acción es observada horas o días después de la aparición o aplicación de las oligasacarinas y son cambiantes según las condiciones ambientales. Este tipo de respuesta se puede dividir en dos categorías de efectos fisiológicos en las plantas: a. Las que inducen la respuesta defenciva: las oligosacarinas como los oligogalacturónidos, pueden inducir la acumulación de fitoalexinas, lignificación de las paredes celulares y acumulación de inhibidores de las proteasas. b. Las involucradas en el desarrollo y crecimiento: como la inducción de etileno en frutos, como en el caso del tomate, acumulación de etileno en tallos de guisante, inhibición de las auxinas, inductoras del alargamiento del tallo del guisante, pueden estimular la formación de flores y la morfogénesis.

Aplicaciones exógenas y efecto en cultivos Aplicación de las oligosacarinas en la agricultura. El conocimiento de los fenómenos genéticos, bioquímicos y fisiológicos que ocurren en la célula vegetal tras la interacción con las oligosacarinas ha establecido las bases para desarrollar tecnologías que mejoren rendimientos y aspectos de calidad de productos agrícolas. Actualmente existen mezclas comerciales de oligosacarinas que estimulan la emisión de raíces en distintas variedades de guayabo (Psidium guajava L.) (Ramirez et al., 2003). En tomate (Lycopersicum esculentum Mill.), se evaluó el efecto de la aplicación foliar de dos mezclas comerciales de oligosacarinas en el rendimiento y calidad postcosecha de los frutos. Los resultados indicaron incrementos en el rendimiento del 22 y 40 %, además mejoraron aspectos de calidad como la acidez titulable, solidos solubles totales y firmeza (García-Sahagún et al., 2009). Estudios en caña de azúcar (Saccharum officinarum L.) tratada con oligómeros pécticos revelaron un aumento en el largo del entrenudo, número de tallos y calidad del jugo, expresado en grados Brix (Mariña-de la Huerta et al., 2005). Recientemente Martínez-Téllez y Vargas-Arispuro (2010) desarrollaron un método para aumentar la coloración de uva de mesa de las variedades Flame Seedless y Red Globe a partir de la aplicación exógena de OGAs de 3-20 GP. El color es un aspecto fundamental de calidad en frutos rojos y los resultados se atribuyen a un posible incremento del contenido de antocianinas; compuestos del metabolismo secundario que brindan color en frutos y flores de tonos rojo a púrpura. El oligogalacturónido, es la oligosacarina más utilizada y estudiada como efector de efectos fisiológicos, ya sea como antagonista o análogo de los reguladores de crecimiento más conocidos, como son las auxinas, citoquininas, etanol y el ácdo jasmónico. En la siguiente descripción se mencionarán los principales efectos de las oligosacarinas en diferentes cultivos de importancia agronómica. Uno de los productos comerciales más utilizados es el Pectimorf®, el cual es un producto a base de una extracción de pectinas de los residuos del cultivo de los cítricos, producido por investigaciones del Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), en Cuba. El grado de polimerización (GP), de los oligogalacturónidos, presentes en este producto es de 9 y 16, con una molaridad de 10.4 y 7.2% respectivamente (Plana et al., 2003).

Las oligosacarinas, pueden inducir la

producción de etileno y a su vez genera la síntesis de enzimas degradadoras de azúcares de almacenamiento, como almidón, para incrementar azúcares simples (sacarosa), que incrementan la concentración de sólidos solubles en frutos de maduración (Campbell y Lavabitch, 1991; Priem y Gross, 1992; Farmer et al., 1991). Este efecto de las oligosacarinas, lo demostraron García et al., (2009), en un estudio sobre el rendimiento y calidad de tomate (Solanum lycopersicon, Mill.), con la aplicación exógena de oligogalacturónidos en forma de productos comerciales, en este caso se utilizó Enerplant® (1.3 m), Pectimorf ® (10mg/L) y un testigo (sin oligosacarinas) Entre otras variables, se evaluó el peso del fruto, los sólidos solubles totales y la firmeza del fruto (Cuadro 1).

Cuadro 1. Rendimiento y calidad de frutos en plantas de tomate tipo bola var. “EF 163” tratadas con ilogosacáridos, en función del tratamiento aplicado.

En

general,

las

aplicaciones

de

los

productos

comerciales,

que

contienen

oligogalacturónidos de plantas, mejoraron el rendimiento en esta variedad de tomate (EF163), con respecto al testigo, siendo la aplicación de Pectimorf el que produjo un mayor rendimiento (Cuadro 1). Con la aplicación de Enerplant, el rendimiento de fruto por planta se incrementó en un 22%, mientras de que con Pectimorf fue de un 40%. Además se mejoró la calidad del fruto con un 13 y 8% respectivamente, en cuanto a la cantidad de sólidos solubles totales la mejora fue de un 13% con Pectimorf y un 9% con Enerplant, así como la firmeza del fruto en un 27 y 47% en ese mismo orden.

Con el ejemplo anterior, se logró determinar que los oligogalacturónidos (OGAs), inducen un efecto positivo en la cantidad y calidad de frutos de tomate.

Los OGAs pueden ser utilizados para cambios en efectos fisiológicos de las plantas, como el tamaño (altura), grosor de tallo, número de hojas y raíces. En el INCA en Cuba se trabajó con plantas de palma aceitera (Dypsis lutescens) de tres meses de edad, y se aplicaron dosis de 1, 5, 10 mg/L y un grupo testigo (sin aplicación) de oligosacarinas (Benítez et al., 2006,). Resultados similares se observaron en estudios realizados por Hernández et al., (2007), en el cultivo de Anthurium andreanum. El empleo de lo OGAs, a los tres meses, se muestran en el cuadro 2.

Cuadro 2. Efecto de diferentes concentraciones de una mezcla de oligogalacturónidos (Pectimorf) asperjadas a los tres meses sobre plantas de palma aceitera (D. lutescens) (Benítez et al., 2006.

Los resultados demuestran que, de forma general, los tratamientos no influyeron en su crecimiento en ese momento.

En el cuadro 3 se presentan los resultados de las evaluaciones de crecimiento realizadas a los nueve meses después de emergidas las plantas, correspondientes al tratamiento de las aspersiones realizadas a los tres y seis meses. Como se puede observar, se destaca el tratamiento con la concentración de 1 mg.L-1 de Pm, el cual favoreció el crecimiento de la parte aérea de las plantas, ya que incrementó significativamente la longitud, el diámetro del tallo y el número de hojas y, además, aumentó en un 34 y 43 % de masa seca aérea y de raíces, aunque sin diferencias significativas con el resto de los tratamientos estudiados.

Cuadro 3. Efecto de concentraciones de una mezcla de oligogalacturónidos aplicados a los tres y seis meses después de emergidas las plantas de palma (Benítez et al., 2006).

Lo importante a destacar con este tipo de ensayos, es que efectivamente los OGAs, tienen un papel de regulador vegetal y que al igual que otros reguladores, su fucncionalidad, va a depender de condiciones específicas, como las condiciones ambientales, la concentración, la sensibilidad, el estado

fenológico y fisiológico del

material e incluso la manera de su aplicación. Pues en el caso de la palma, el efecto se vio, de manera más efectiva, cuando la planta estaba más desarrollada.

Efectos in vitro

Diferentes investigaciones realizadas en el Laboratorio de Biotecnología de Plantas del Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas, (Plana et al., 2003), han demostrado el papel de los oligogalacturónidos como biorreguladores del crecimiento y desarrollo in vitro. Como es el estudio de la actividad biológica de diferentes concentraciones de la mezcla de oligogalacturónidos conocida como Pectimorf, en la respuesta morfogenética in vitro del tomate (Solanum lycopersicon, Mill). En los ensayos realizados se emplearon como explantes segmentos apicales de hipocótilos y cotiledones provenientes de plántulas del cultivar Amalia, cultivadas en medio basal complementado con diferentes concentraciones de Pectimorf (1, 5, 10 y 15 mg.L-1) en presencia o no de bajas concentraciones de BAP (0.25, 0.5 y 1 mg.L-1), como se logra observar en el cuadro 4.

Cuadro 4. Concentraciones de Pectimorf y BAP en los medios de cultivo en el ensayo (Plana et al., 2003).

A los siete días de cultivados en medios con Pectimorf, los hipocótilos estaban engrosados y con un color verde intenso, momento a partir del cual comenzaron a aparecer raíces en el extremo menos apical del explante. A medida que se engrosó el extremo apical de los hipocótilos, aparecieron callosidades de cicatrización y en los tratamientos P2, P3 y P4 se formaron callos morfogenéticos de poco crecimiento y textura compacta, como se evidencia en el cuadro 2. Siendo con el tratamiento P3, el que regeneró un mayor número de brotes por explante, con un aproximado de 2,67 brotes por explante (Cuadro 5). Además de una frecuencia del 100% en cuanto a presencia de explantes con callo y raíces.

Cuadro 5. Efecto del Pectimorf en la morfogénesis in vitro de hipocótilos de tomate var. Amalia (Plana et al., 2003).

En cultivos como café, caña de azúcar, en la especie Anthurium cubense y en yuca (Cevallos, 2000; Santos, 1998; Garbey et al., 1998; Suárez y Hernández, 2008), la adición de Pectimorf al medio de cultivo estimuló la formación de callos y la regeneración de múltiples brotes. Se considera que los oligogalacturónidos pudieran llevar información y ser portadores de mensajes químicos, que en este caso pueden desencadenar procesos fisiológicos de regeneración y/o de división de la pared celular, ya que ellos promueven en las células vegetales la síntesis de importantes sustancias que actúan en estos procesos (Diosdado, 1997; Cabrera, 2000). Los resultados del experimento donde se combinó la acción del Pectimorf y el BAP, mostraron una actividad morfogenética que demuestra cómo la unión de estos compuestos desencadena una actividad morfogenética, con características similares a la descrita con la sola presencia de los oligogalacturónidos en el medio de cultivo (Cuadro 6). La capacidad organogénica de los hipocótilos no difirió significativamente entre sí en cuanto al porcentaje de explantes con brotes y número de brotes por explante.

Cuadro 6. Acción de la combinación de Pectimorf y BAP en la morfogénesis in vitro de hipocótilos de tomate var. Amalia (Plana et al., 2003).

En el este mismo experimento se demostró claramente que el Pectimorf en las dosis estudiadas no favoreció el desarrollo de un proceso morfogenético en cotiledones de tomate (Cuadro 7). Solo con la mayor de las dosis estudiadas (P4), se pudo observar una ligera formación de callos que alcanzó el 26 % de los explantes bajo ese tratamiento, sin que se tuvieran indicios de regeneración durante el tiempo de cultivo.

Cuadro 7. Actividad morfogenética causada por la acción del Pectimorf en cotiledones del cultivar Amalia (Plana et al., 2003).

La presencia del oligogalacturónido combinado con concentraciones menores de 1 mg.L-1 de BAP, incrementó la respuesta morfogenética de los cotiledones (Cuadro 8). En los tres tratamientos, se formaron callos de abundante crecimiento en más de la mitad de los explantes, destacándose P3+B1 con el 100 % de los explantes con callos. Las variantes P3+B1 y P3+B2 fueron las únicas que provocaron la diferenciación de brotes, con valores muy notables y similares estadísticamente; sin embargo, como se puede observar, la eficiencia de regeneración fue baja en los dos casos. La variante P3+B3 fue la única donde se observó un bajo enraizamiento en uno de los extremos de la hoja cotiledonal y un 50 % de los explantes con callos.

Cuadro 8. Proceso morfogenético inducido en cotiledones de tomate por combinación de Pectimorf y BAP en el medio de cultivo (Plana et al., 2003).

Figura 4. Efecto de los OGAs sobre la embriogénesis somática en papa (Solanum tuberosum) (Hidrobo et al., 2002).

Los explantes de papa (nudos), se expusieron a los OGAs, generando brotes (Figura 4), sin necesidad de adicionar otro regulador de crecimiento, evidencia de que los OGAs son formadores de callo y brotes. Estudios realizados por Suárez et al., (2010), determinaron que los OGAs son efectivos para la germinación del tubo polínico del polen de papa, como se puede observar en la figura 5.

Figura 5. Efecto de los OGAs sobre la germinación del tubo polínico en polen de papa (S. tuberosum).

Otra evidencia de la acción de las oligosacarinas en la técnica de cultivo de tejidos, es su acción como enraizador o análogo a las auxinas. En este trabajo, realizado por Falcón y Cabrera (2007) se evaluó una mezcla de oligosacáridos pécticos (Pectimorf) con GP entre 7 y 16 restos de ácido galacturónico en comparación con una auxina (ácido indol acético) y con el monómero de ácido galacturónico en cuanto a la estimulación del enraizamiento en pecíolos de violeta africana (Saintpaulia ionantha) y al incremento de la longitud de las raíces. Se utilizaron los siguientes tratamientos: Ácido Indolacético (10 mg.L-1), Pectimorf

(10 mg.L-1) y Ácido galacturónico (10 mg.L-1). Se utilizaron seis muestras de 10 pecíolos cada una por tratamiento y un control con agua destilada.

Figura 6. Comportamiento del número de raíces por pecíolo de violetas a los 12, 18 y 25 días (Falcón y Cabrera, 2007).

La acción del Pm (Pectimorf), sobre la formación de raíces (figura 6) es notable y superior al AIA y al AGU, a los 12 y 18 días, después de establecido el experimento, mientras que a los 25 días el Pm fue ligeramente inferior con respecto a los demás tratamientos, se puede observar que es más efectivo a u menor tiempo, es decir es una muy buena opción para adelantar el enraizamiento en este tipo de explante, así como también lo evidencia el estudio realizado por Díaz et al., (2009), donde se aplicó OGAs sobre los botones florales de cacao (Theobroma cacao L.) y obtuvieron la formación de callo y posteriormente de raíces (Figura 7).

A

B

C

Figura 7. Secuencia del proceso de formación de raíces. A: Callo en proceso de diferenciación organogénica. B: Callo con varios brotes de raíz. C: Callo con raíces.

Consecuentemente, la longitud de las raíces al final del experimento, no muestran una diferencia significativa entre los tratamiento, se puede observar en la figura 8, que el uso de Pm, es tan eficiente como el AIA.

Figura 8. Longitud de las raíces por pecíolo a los 25 días de establecido el experimento (Falcón y Cabrera, 2007).

Anteriormente, en la descripción de los efectos de las oligosacarinas en las plantas, se mencionó que éstas suelen actuar como antagonistas de las auxinas, sin embargo Falcón y Cabrera (2007), demostraron que los oligogalacturónidos pueden actuar como auxina y proveer de raíces a los explantes de violeta, a pesar de ello, no es una contradicción sobre el efecto de estas sustancias en el cultivo de tejidos, más bien se puede explicar el hecho que depende del tipo de tejido y del grado de polimerización (GP) de la oligosacarina, lo que influye en la formación o no de raíces, es decir de actuar o no como auxina. Ridley y otros (2001), trabajando con mezclas de oligosacarinas con un GP entre 8 y 16, demostraron que los oligogalacturónidos inhiben la formación de raíces en explantes de tabaco cuando se cultivan en medios sintéticos de crecimiento con determinada concentración de fitohormonas y esto ocurre mediante la inhibición de la expresión de un gen relacionado con la actividad auxínica. Por otra parte, se ha informado por parte de Hernández y otros (2006) que la inhibición de la elongación de raíces principales y secundarias del frijol con oligopectatos (GP 10) de la pared celular del mismo cultivo era causada por la inducción de respuestas defensivas en las raíces. Según los autores los

incrementos en los niveles de fitoalexinas y otras respuestas defensivas inhibían el metabolismo relacionado con el crecimiento radical. Otros estudios, respaldan los resultados obtenidos por Falcón y Cabrera (2007), como son los realizados por Zabotina y otros (1995), quienes observaron la formación de raíces en los explantes de plántulas de trigo, mediante el uso de una mezcla de oligogalacturónidos (Pectimorf) con grado de polimerización entre 7 y 16, lograron demostrar la inducción y acortamiento, en tiempo, de la aparición de las raíces. Para evidenciar que las oligosacarinas pueden actuar según el tejido empleado, otro estudio realizado por Zabotina et al., (1998), lograron observar tanto activación como inhibición del proceso de enraizamiento de explantes de trigo, con el uso de fracciones de pectina (oligosacarinas), provenientes de la pared de brotes de chícharo. Los resultados anteriores permiten establecer que las oligosacarinas de pared celular de plantas, específicamente los oligogalacturónidos, tienen un papel en la formación de raíces de las plantas que puede depender del contenido del regulador y el estadio del vegetal con que se trabaje (Nieves et al, 2006).

Otros usos de los OGAs:

Fitorremediación: proceso por el cual las plantas pueden purificar el agua o la descontaminación de los suelos de metales pesados como el Cu+2 (Cartaya et al., 2005 y 2008).

Las moléculas de los OGAs, al tener un grupo carboxílico terminal, facilitan la formación de enlaces con metales pesados, es decir forma complejos entre los metales y el OGA, como se muestra en la figura 9.

Figura 9. Estudio de la relación molar ligando-metal a 720 nm.

Se evidencia (Figura 9) un mayor acomplejamiento de los iones Cu2+ en el caso de la mezcla de oligogalacturónidos. Esto quiere decir, que los OGAs son bastante efectivos para ligarse con los metales pesados, por lo que serían una muy buena opción para este tipo de prácticas.

Productos comerciales: el mercado ofrece algunos productos comerciales, que contienen oligosacarainas, que son utilizados para los fines discutidos y descritos en esta revisión bibliográfica: PECTIMORF®, KENDAL®, ENERPLANT®, RHIZOCTONIC®, entre otros.

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