TEMA 1

ALGUNOS METABOLITOS SECUNDARIOS

OS T ES OS U P LIC M Ó CO EN F

OS O T S EN E G PU RÓ M IT CO N N CO

OS N PE R TE

Buchanan et al, Figuras 24.21 y 24.66

Taiz and Zeiger, Figura 13.6

EN LA HISTORIA •La FITOTERAPIA es anterior a la AGRICULTURA

Buchanan et al, Figura 24.19

TROPICAMIDA

Hyoscyamus muticus (Jusquian de Egipto)

Atropa belladonna Buchanan, Figura 24.20

IMPORTANCIA ECONÓMICA DE LOS METABOLITOS SECUNDARIOS Medicamentos

Aromas

Productos industriales Colorantes

Buchanan et al, Box 24.2 y Figura 24.30

EN LA ACTUALIDAD ECOLOGÍA Y FISIOLOGÍA

EN LA ACTUALIDAD

PATÓGENO

RECONOCIMIENTO

RESPUESTA

SI

NO

METABOLISMO PRIMARIO

METABOLISMO SECUNDARIO

METABOLITOS SECUNDARIOS CON ACTIVIDAD FARMACOLÓGICA TERPENOS Y ESTEROIDES

(taxol)

Schmidt et al (2007), Nature Chemical Biology, 3, 360-366.

METABOLITOS SECUNDARIOS CON ACTIVIDAD FARMACOLÓGICA TERPENOS Y ESTEROIDES COMPUESTOS

USOS

MECANISMO DE ACCIÓN

PLANTA PRODUCTORA

Glucósidos cardiotónicos

Tratamiento afecciones cardiacas

Inhibición Na+/K+ATPasa

Digitaria spp.

Taxol

Antineoplásico

Inhibición despolimerización de microtúbulos

Taxus spp.

Artemisina

Antimalaria

Triptólido

Artemisia annua

Antiinflamatorio

Represión factores de transcripción (NF- κB, AP-1…)

Trypterigium wilfordii

Schmidt et al (2007), Nature Chemical Biology, 3, 360-366.

METABOLITOS SECUNDARIOS CON ACTIVIDAD FARMACOLÓGICA COMPUESTOS FENÓLICOS

Schmidt et al (2007), Nature Chemical Biology, 3, 360-366.

METABOLITOS SECUNDARIOS CON ACTIVIDAD FARMACOLÓGICA COMPUESTOS FENÓLICOS COMPUESTOS

USOS

PLANTA PRODUCTORA

Salicilatos

Aspirina Antiinflamatorios

Salix spp.

Podofilotoxina

Tto verrugas Antineoplásico tenipósido

Podophyllum peltatum

Quercetina

Antioxidante

Uvas Té verde

Resveratrol

Aumenta salud y supervivencia de ratones bajo dieta hipercalórica

Uvas

Warfarina

Anticoagulante

Galium odoratum

Genisteína

Tto síntomas menopausia

Soja

Schmidt et al (2007), Nature Chemical Biology, 3, 360-366.

METABOLITOS SECUNDARIOS CON ACTIVIDAD FARMACOLÓGICA COMPUESTOS CON NITRÓGENO

Schmidt et al (2007), Nature Chemical Biology, 3, 360-366.

METABOLITOS SECUNDARIOS CON ACTIVIDAD FARMACOLÓGICA COMPUESTOS CON NITRÓGENO COMPUESTOS

USOS

PLANTA PRODUCTORA

Morfina

Analgésico

Papaver somniferum

Codeína

Antitusígeno

Papaver somniferum

Atropina

Anticolinérgico

Atropa belladonna

Quinina

Antimalaria

Chinchona officinalis

Vincristina

Antineoplásico

Catharanthus roseus

Schmidt et al (2007), Nature Chemical Biology, 3, 360-366.

METABOLITOS SECUNDARIOS CON ACTIVIDAD FARMACOLÓGICA Moléculas pequeñas introducidas como medicamentos desde 1981: 847 moléculas 5%

productos naturales

27%

derivadas de productos naturales

68%

sintéticas 46% 54%

inspiradas en productos naturales

METABOLITOS SECUNDARIOS CON ACTIVIDAD FARMACOLÓGICA Drogas en el campo del cáncer: 155 antineoplásicos desde 1940 73%

relacionadas con productos naturales

27%

no relacionadas

INSECTICIDAS NATURALES CON DIANAS QUE NO EXISTEN EN MAMÍFEROS

piretrinas

azadiractina

EN LA ACTUALIDAD

Resveratrol

….the diet known as calorie restriction (CR) is currently the only way to slow down ageing in mammals. …CR extends lifespan because it is a mild biological stressor that activates Sir2, a key component of yeast longevity and the founding member of the sirtuin family of deacetylases. …a class of polyphenolic molecules produced by plants in response to stress can activate the sirtuins from yeast and metazoans.

Hipótesis de la xenohormesis: los organismos han evolucionado para responder a “moléculas de estrés” producidas por otros organismos de su entorno

…for molecules that trigger SIRT1 activity. The initial screen yielded two polyphenols, quercetin (found in apples and tea) and piceatannol. The team then searched for other molecules with similar structure. The most potent of which turned out to be resveratrol, found in grapes and red wine.

Parametric analysis of gene set enrichment revealed that resveratrol opposed the effects of the highcalorie diet in 144 out of 153 significantly altered pathways. These data show that improving general health in mammals using small molecules is an attainable goal, and point to new approaches for treating obesityrelated disorders and diseases of ageing.

PESO

SUPERVIVENCIA

¿QUÉ SON LOS METABOLITOS SECUNDARIOS? *Son sustancias naturales que no son vitales para el organismo que las produce

*Son menos abundantes que los metabolitos primarios, y con frecuencia se encuentran en células u órganos especializados

NATURE CHEMICAL BIOLOGY Volume 3 Number 7 July 2007 Focus on natural products

Although these compounds were initially defined as “secondary metabolites” or “cellular wastes”, continuing discoveries of new compounds and of their true

biological roles have put this early definition to rest

CARACTERÍSTICAS DE LOS METABOLITOS SECUNDARIOS •1. No son indispensables para la supervivencia inmediata de una célula o individuo, pero si de la especie •2. No son universales en todas las plantas en todos los órganos de todas las plantas en todos los compartimentos celulares en todas las fases del desarrollo vegetal •3. Regulan interacciones plantas con otros organismos

¡Las plantas no se mueven!

Interaccionan con otros organismos empleando compuestos químicos

CARACTERÍSTICAS DE LOS METABOLITOS SECUNDARIOS METABOLITOS PRIMARIOS

METABOLITOS SECUNDARIOS

Ejemplos

Azúcares, aminoácidos, ácidos nucleicos

Mentol, resinas, morfina

Necesarios

Supervivencia individuo

Supervivencia especie

Universalidad

En todas las especies vegetales

Restricción de especie, órgano, tipo celular, compartimento subcelular, estadío del desarrollo

Función

Metabólica y fisiológica básica

Ecológica

LOS METABOLITOS SECUNDARIOS NO SON EXCLUSIVOS DE PLANTAS BACTERIAS

ANTIBIÓTICOS PIGMENTOS

HONGOS

Aflatoxinas (policetonas) de Aspergillus flavus

INSECTOS

Ácido lisérgico (alcaloide) de Claviceps purpurea

FEROMONAS GLUCÓSIDOS CIANOGÉNICOS

METABOLITOS SECUNDARIOS EN VERTEBRADOS

BUFOTOXINA

DEFINICIÓN DE METABOLITO SECUNDARIO 1. Una misma función puede ser ejercida por metabolitos muy distintos desde el punto de vista químico PIGMENTOS FLORALES Petunia

Echinocereus

Caléndula

BETALAÍNA

CAROTENOIDE

ANTOCIANINA

Compuestos con N

Terpenos

Compuestos fenólicos

AMARILLOS Y NARANJAS CAROTENOIDES

Luteína

ROJOS ANTOCIANINAS

Cianidina

AZULES ANTOCIANINAS

Delfinidina

DEFINICIÓN DE METABOLITO SECUNDARIO 2. Estrecha relación bioquímica entre metabolitos primarios y secundarios

TERPENOS

Giberelinas

Cardenólidos

(primarios)

(secundarios)

DITERPENOS (20 C) Taiz and Zeiger (2 ed), Figura 20.1 Taiz and Zeiger (3 ed), Figura 20.2

Mariposa Monarca

Arrendajo

CARDENÓLIDO TRITERPENO (30 C) Algodoncillo

Algodoncillo

INSECT'S RESPONSES to plants' chemical defenses often include exploiting for some useful purpose the very chemicals meant to ward them off or to kill them. Larvae of the monarch butterlly (a) feed on the milkweed Asclepias curassavica, a plant that manufactures toxins called cardenolides. The butterflies store the cardenolides and are therefore unacceptable as prey for blue jays; jays that eat them become violently sick and eventually will not accept monarch butterflies as food. The viceroy butterfly mimics the appearance of the monarch and so, although the viceroy stores no toxins, jays avoid it too. The grasshopper Poekilocerus bulonius (b) incorporates the cardenolides it ingests when eating milkweeds into the poisonous spray it uses to protect itself from predators.

DEFINICIÓN DE METABOLITO SECUNDARIO 3. Un mismo metabolito puede tener función primaria y secundaria LIGNINA

Función estructural

Función defensiva

(primaria)

(secundaria)

Lignina en la pared celular secundaria

Respuesta defensiva

D: Acumulación de glicoproteínas ricas en hidroxiprolina E: Deposición de calosa G: Lignificación H: Formación de tilosa

DEFINICIÓN DE METABOLITO SECUNDARIO CONCLUSIÓN: Definición FUNCIONAL de metabolito secundario

METABOLITOS PRIMARIOS METABOLITOS SECUNDARIOS

Participan en la nutrición y en los procesos fisiológicos básicos

Participan en las interacciones entre la planta y su ambiente

PRINCIPALES FUNCIONES DE LOS METABOLITOS SECUNDARIOS 1. REPRODUCCIÓN •pigmentos de flores •pigmentos de frutos •aromas florales

PRINCIPALES FUNCIONES DE LOS METABOLITOS SECUNDARIOS 2. ALELOPATÍA

PRINCIPALES FUNCIONES DE LOS METABOLITOS SECUNDARIOS 3. SIMBIOSIS/PARASITISMO

Rizobios

Micorrizas

ENDOMICORRIZAS

ECTOMICORRIZAS

Taiz and Zeiger, Fig 5.11

ESTRIGOLACTONAS Buchanan et al, Fig 23.17

Agrobacterium

PLANTAS PARÁSITAS Orobanche (jopo)

Striga (hierba bruja)

PRINCIPALES FUNCIONES DE LOS METABOLITOS SECUNDARIOS 4. DEFENSA tóxicos fitoalexinas disuasores nutritivos moléculas señalizadoras HERBÍVOROS

Estricnina, resinas, piretrinas

Vertebrados Invertebrados

DEFENSAS ACTIVAS

PLANTA

RESPUESTA

PATÓGENOS

BARRERAS

Hongos, Bacterias, Virus, Nematodos

Ceras, cutina, suberina Lignina

Passiflora auriculata

Taxus brevifolia (tejo)

Produce glucósidos cianogénicos

Sustancias tóxicas

Estricnina

Strychnos nux vomica (nuez vómica)

Atropa belladonna (belladona)

Fitoalexinas Pared celular del hongo

Pared celular de la planta

Disuasores alimentarios

Lactonas de sesquiterpenos (Compuestas)

Taninos (Caquis, uvas)

PRINCIPALES FUNCIONES DE LOS METABOLITOS SECUNDARIOS

Funciones en la planta productora Ácidos grasos de los cianolípidos

Aminoácidos no proteicos Glucósidos cianogénicos

Fuente de E

Fuente de N Defensa

METABOLISMO SECUNDARIO TERPENOS

IPP (isopentenil difosfato) Ruta del ácido MEVALÓNICO Ruta del piruvatofosfoglicerato

COMPUESTOS FENÓLICOS

Ruta del ácido

SIQUÍMICO Ruta del ácido

MALÓNICO

COMPUESTOS CON N

AMINOÁCIDOS Alifáticos Aromáticos

Rutas comunes al metabolismo primario y secundario

METABOLISMO SECUNDARIO

Rutas específicas del metabolismo secundario

Múltiples modificaciones ¡GRAN COMPLEJIDAD!

APARICIÓN DE LOS METABOLITOS SECUNDARIOS Metabolismo Primario -Duplicación de un gen relacionado con un metabolito esencial

Metabolismo Secundario -Divergencia alélica: selección alelo relacionado con nuevo metabolito tóxico (productos de otros alelos dejan de ser efectivos) -Evolución convergente: una enzima aparece varias veces en la evolución *Evolución repetida: nuevas enzimas con la misma función evolucionan de forma independiente en líneas vegetales, a de un pool de enzimas relacionadas (funciones similares pero no idénticas)

Limoneno sintasas de Gimnospermas

Limoneno sintasas de Angiospermas

Trends Plant Sci, 5, 430-445, 2000

QUIMIOTAXONOMÍA Chemotaxonomy (from chemistry and taxonomy), also called chemosystematics, is the attempt to classify and identify organisms

(originally

plants),

according

to

demonstrable

differences and similarities in their biochemical compositions

PLANTA

PRODUCCIÓN DE METABOLITOS CON MAYOR TOXICIDAD

HERBÍVORO

DETOXIFICACIÓN/RESISTENCIA

*resistencia conductual *resistencia fisiológica *resistencia bioquímica

DEFENSA DE AUTOTOXICIDAD *Precursores inanes *Adquisición sistemas especializados *Alejamiento del tóxico

ESPECIALIZACIÓN ALIMENTARIA

USO Y DEPENDENCIA

PRECURSORES INANES GLUCÓSIDOS CIANOGÉNICOS

PRECURSORES INANES LINAMARASA Tapioca

LINAMARINA

Manihot sculenta (yuca, mandioca)

SISTEMAS ESPECIALIZADOS

Ar g

Arg

Aminoacil-ARNt sintasa

Canavalia ensiformis Arg

Aminoacil-ARNt

Ar g

Ar g

ALEJAMIENTO DEL TÓXICO Tricoma glandular (menta)

Curr Opin Plant Biol, 5, 300-307, 2002

ALEJAMIENTO DEL TÓXICO

PLANTA

PRODUCCIÓN DE METABOLITOS CON MAYOR TOXICIDAD

HERBÍVORO

DETOXIFICACIÓN/RESISTENCIA

*resistencia conductual *resistencia fisiológica *resistencia bioquímica

DEFENSA DE AUTOTOXICIDAD *Precursores inanes *Adquisición sistemas especializados *Alejamiento del tóxico

ESPECIALIZACIÓN ALIMENTARIA

USO Y DEPENDENCIA

RESISTENCIA CONDUCTUAL Larva de Erinnyis alope. Se alimenta después de haber cortado los laticíferos “corriente arriba” de su sitio de alimentación. Así evita la toxicidad de los compuestos contenidos en el látex de la hoja de Carica papaya

Curr Opin Plant Biol, 5, 300-307, 2002

Larva de Trichoplusia ni. Se alimenta de Asclepias currassavica, que contiene cardenólidos. La intoxicación la deja inmovilizada y vulnerable a los depredadores. Curr Opin Plant Biol, 5, 300-307, 2002

METABOLITO SECUNDARIO

PLANTA

ANIMAL/HONGO

Phaseolus lunatus Cycas circinali

Phytophthora phaseoli Insectos y mamíferos

Compuestos fenólicos glucósidos de metilaxoximetanol

Cycas circinali

Seirarctia echo

Dioclea megacarpa

Caryedes brasiliensis

glucósidos de metilaxoximetanol canavanina

Asclepias

Mariposa monarca

cardenólidos

Senecio jacobea

Tyria jacobaeae

alcaloides

Creatonotos transiens Plantas con alcaloides del grupo de las pirrolizidinas

alcaloides

INTERACCIÓN Protección Protección (hidrólisis del glucósido por glucosidasa intestinal) Especialización alimentaria Especialización alimentaria Uso para defensa del insecto Uso para defensa del insecto Uso para síntesis de feromonas

PROTECCIÓN

Soja infectada por Phytophthora

Phaseolus lunatus Phytophthora

METABOLITO SECUNDARIO

PLANTA

ANIMAL

Phaseolus lunatus

Phytophthora phaseoli Compuestos fenólicos Protección

Cycas circinali

Insectos y mamíferos glucósidos de metilaxoximetanol

Cycas circinali

Seirarctia echo

Dioclea megacarpa

Caryedes brasiliensis

glucósidos de metilaxoximetanol canavanina

Asclepias

Mariposa monarca

cardenólidos

Senecio jacobea

Tyria jacobaeae

alcaloides

Creatonotos transiens Plantas con alcaloides del grupo de las pirrolizidinas

alcaloides

INTERACCIÓN Protección (hidrólisis del glucósido por glucosidasa intestinal) Especialización alimentaria Especialización alimentaria Uso para defensa del insecto Uso para defensa del insecto Uso para síntesis de feromonas

ESPECIALIZACIÓN ALIMENTARIA

Seirarctia echo

Cycas circinalis

METABOLITO SECUNDARIO

PLANTA

ANIMAL

Phaseolus lunatus

Phytophthora phaseoli Compuestos fenólicos Protección

Cycas circinali

Insectos y mamíferos

Cycas circinali

Seirarctia echo

Asclepias

Mariposa monarca

cardenólidos

Senecio jacobea

Tyria jacobaeae

alcaloides

Plantas con alcaloides del grupo de las pirrolizidinas

Creatonotos transiens

alcaloides

glucósidos de metilaxoximetanol

glucósidos de metilaxoximetanol Dioclea megacarpa Caryedes brasiliensis canavanina

INTERACCIÓN Protección (hidrólisis del glucósido por glucosidasa intestinal) Especialización alimentaria Especialización alimentaria Uso para defensa del insecto Uso para defensa del insecto Uso para síntesis de feromonas

METABOLITO SECUNDARIO

PLANTA

ANIMAL

Phaseolus lunatus

Phytophthora phaseoli Compuestos fenólicos Protección

Cycas circinali

Insectos y mamíferos

glucósidos de metilaxoximetanol

Cycas circinali

Seirarctia echo

Dioclea megacarpa

Caryedes brasiliensis

glucósidos de metilaxoximetanol canavanina

Asclepias

Mariposa monarca

cardenólidos

Senecio jacobea

Tyria jacobaeae

alcaloides

Creatonotos transiens Plantas con alcaloides del grupo de las pirrolizidinas

alcaloides

INTERACCIÓN Protección (hidrólisis del glucósido por glucosidasa intestinal) Especialización alimentaria Especialización alimentaria Uso para defensa del insecto Uso para defensa del insecto Uso para síntesis de feromonas

USO PARA LA PROPIA DEFENSA

Mariposa monarca. Adulto y larva consumiendo algodoncillo (Asclepias sp.)

METABOLITO SECUNDARIO

INTERACCIÓN

Phytophthora phaseoli Insectos y mamíferos

Compuestos fenólicos

Protección

glucósidos de metilaxoximetanol

Cycas circinali

Seirarctia echo

Dioclea megacarpa

Caryedes brasiliensis Mariposa monarca Tyria jacobaea

glucósidos de metilaxoximetanol canavanina

Protección (hidrólisis del glucósido por glucosidasa intestinal) Especialización alimentaria Especialización alimentaria Uso para defensa del insecto Uso para defensa del insecto Uso para síntesis de feromonas

PLANTA

ANIMAL

Phaseolus lunatus Cycas circinali

Asclepias Senecio jacobea Plantas con alcaloides del grupo de las pirrolizidinas

Creatonotos transiens

cardenólidos alcaloides alcaloides

USO Y DEPENDENCIA Larvas de Tyria jacobaea

Polilla Creatonos transiens

Buchanan, Box 24.3

Trends Plant Sci, Vol 9, No.5, May 2004

ALCALOIDE

FEROMONA

Utetheisa ornatrix Crotolaria spectabilis

Hembras sin PA x Machos con PA Hembras sin PA x Machos sin PA Lycosa ceratiola

PA

Alcaloides de pirrolicidina

MÉTODOS DE OBTENCIÓN DE METABOLITOS SECUNDARIOS Cultivos de células en suspensión Selección de la planta por su contenido de metabolitos secundarios para iniciar cultivos in vitro

Establecimiento de cultivos in vitro

Selección de las mejores líneas productoras Optimización de medio de cultivo para producción: nutrientes, precursores, elicitación

Optimización en biorreactores. Extracción y purificación del producto Plant Sci, 161, 839-851, 2001

MEDIOS DE CULTIVO: COMPOSICIÓN GENERAL

COMPUESTOS INORGÁNICOS Macronutrientes: NO4- , PO43- , K+, Ca2+, Mg2+, SO42Micronutrientes: Fe2+, Cu2+, Zn+, Mn2+, Mo2+, Co2+, ICARBOHIDRATOS Sacarosa, glucosa, mio-inositol VITAMINAS Tiamina (B1) Piridoxina Acido nicotínico (C) Biotina

REGULADORES DEL CRECIMIENTO Auxinas Citoquininas Giberelinas SOPORTE INERTE (medios semisólidos) Agar (0,7 a 1%) Gelrite® pH 5,6 – 5,8 ESTERILIZACIÓN 1 atmósfera, 15 a 20 minutos en autoclave

AMINOÁCIDOS Glicina

ELICITACIÓN •AGENTES BIÓTICOS - Extractos de paredes de hongos o bacterias - Acido araquidónico - Quitosano - Metil jasmonato •AGENTES ABIÓTICOS - Metales pesados - Radiación UV - Presión osmótica - Ultrasonido

LIBERACIÓN DEL PRODUCTO AL MEDIO - DMSO - Shock térmico - Cambios de pH - Limitación de fosfato y oxígeno - Detergentes y aceites de siliconas - Electropermeabilización

Cultivos de órganos (brotes o raíces)

Plant Sci, 161, 839-851, 2001

Permeabilización de raíces

Datura innoxia

Plant Sci, 163, 723-732, 2002

BIOTECNOLOGÍA Conjunto de técnicas que utilizan organismos vivos o partes de ellos para obtener productos o modificarlos, para mejorar plantas o animales, o para desarrollar microorganismos con fines bien determinados

TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE PLANTAS TRANSFORMADAS

ADN Planta genéticamente modificada

ADN Planta transgénica

FUNDAMENTOS DE LA TRANSFORMACIÓN

1. Fuente de ADN foráneo del que se aísla el gen de interés

2. Vector que transporta el gen foráneo

3. Método para introducir el vector en el organismo que se quiere transformar Hopkins and Hüner, Fig 23.1

MÉTODOS DE TRANSFORMACIÓN BIOLÓGICOS Agrobacterium tumefaciens Agrobacterium rhizogenes Vectores víricos

FÍSICOS Microproyectiles Electroporación Polietilénglicol Microinyección de ADN OTROS

FUNDAMENTOS DE LA TRANSFORMACIÓN Agrobacterium tumefaciens

Buchanan et al, Fig 17.33

FUNDAMENTOS DE LA TRANSFORMACIÓN

Agrobacterium tumefaciens

Taiz and Zeiger, Fig 21.4

TRANSFORMACIÓN CON Agrobacterium

TRANSFORMACIÓN DE DISCOS FOLIARES

Azcón-Bieto y Talón, Fig 29-7

TRANSFORMACIÓN DE DISCOS FOLIARES

Azcón-Bieto y Talón, Fig 29-11

CULTIVO DE CALLOS

REGENERACIÓN DE PLANTAS A PARTIR DE CALLOS

cebada

TRANSFORMACIÓN CON A. rhizogenes

Agrobacterium rhizogenes

Tumor de raíces producido por Agrobacterium rhizogenes en discos de remolacha

DESPUÉS DE LA TRANSFORMACIÓN

OTROS MÉTODOS DE TRANSFORMACIÓN

D`Halluin K, Bonne E, Bossut M, De Beuckeleer M, Leemans J (1992). Plant Cell, 4, 1495-1505

FUSIÓN DE PROTOPLASTOS

APLICACIONES DE LA TRANSFORMACIÓN DE PLANTAS 1. Herramienta de investigación Expresión Sobre-expresión Disminución de la expresión Fusión del promotor con gen marcador informador

PLANTAS TRANSGÉNICAS EN INVESTIGACIÓN Infecta a

Botrytis cinerea

Produce RESVERATROL

Gen de la estilbeno sintasa Produce resveratrol Resitencia aumentada a Botrytis cinerea

Localización histoquímica de la actividad del promotor GA1. Fusión del promotor GA1 con el gen GUS (pGA1-103) Buchanan et al, Fig 17.11

APLICACIONES DE LA TRANSFORMACIÓN DE PLANTAS 2. Aumento de valor nutricional o comercial Arroz dorado Vit E Aromas florales Disminución glucosinolatos Color de flores

MODIFICACIÓN DE LA SÍNTESIS DE ANTOCIANINAS

Flavonoide 3´5´hidroxilasa

APLICACIONES DE LA TRANSFORMACIÓN DE PLANTAS 3. Resistencia a herbicidas Resistencia al glifosato

ERITROSA-4-P

PEP

DIANA DEL GLIFOSATO EPSP sintasa

Ácido Siquímico EPSP sintasa

PEP

Ácido 5-enolpiruvilsiquímico-3-P

Phe Trp

Tyr

RESISTENCIA A HERBICIDAS

Algodón transgénico tolerante al glifosato

Algodón sensible al glifosato

Remolacha sensible al glifosato

APLICACIONES DE LA TRANSFORMACIÓN DE PLANTAS 4. Resistencia a insectos y patógenos Maíz BT Sustancias defensivas: fitoalexinas, quitinasas y glucanasas, inhibidores de poligalacturonasas Síntesis SA

LA SOBREPRODUCCIÓN DE SA EN PLANTAS POR TRANSGENES BACTERIANOS AUMENTA LA RESISTENCIA A PATÓGENOS

Overproduction of salicylic acid in plants by bacterial transgenes enhances pathogen resistance M C Verberne, R Verpoorte, J F. Bol, J Mercado-Blanco and H J M Linthorst NATURE BIOTECHNOLOGY, 18, 779-783, 2000

APLICACIONES DE LA TRANSFORMACIÓN DE PLANTAS 5. Plantas como fábricas Vacunas Plásticos biodegradables Combustibles renovables (bioetanol) METABOLITOS SECUNDARIOS fenilpropanoides alcaloides

PLANTAS COMO FÁBRICAS DE VACUNAS

PLANTAS COMO FÁBRICAS DE VACUNAS •Vía oral •Bajo coste de producción mantenimiento transporte •Expresión de antígenos de patógenos humanos en plantas •Alternativa a campañas de vacunación en países en desarrollo

PLÁSTICOS BIODEGRADABLES

Hopkins and Hüner, Fig 23.6

PLÁSTICOS BIODEGRADABLES

Alkaloid Biosynthesis -The Basis for Metabolic Engineering of Medicinal Plants T. M. Kutchan, Plant Cell, 7, 1059-1070, 1995

Buchanan et al, Figura 24.40

Hiosciamina 6β β-hidroxilasa

Hiosciamina 6β β-hidroxilasa

Atropa belladonna

HIOSCIAMINA

Hiosciamina 6β β-hidroxilasa ESCOPOLAMINA

Hyoscyamus niger

PLANTAS TRANSGÉNICAS ARROZ DORADO

MAÍZ BT

Buchanan, Figura 21.59

Toxina Cry

TALADRO DEL MAIZ

TALADRO DEL MAÍZ •Taladro, barrenador, piral son algunos de los nombres comunes de Ostrinia nubilalis, Diatrea saccharalis y Sesamia nonagroides, insectos lepidópteros que representan la mayor plaga del cultivo de maíz en el mundo. •Estos insectos se alimentan de la planta de maíz excavando galerías su interior.

Ostrinia nubilalis

Diatrea saccharalis

Sesamia nonagroides

Monarch caterpillars on a milkweed leaf dusted with pollen

Bt versus monarchs, part II Two years ago, researchers provided evidence that corn transgenic for Bt, the pesticide from Bacillus thuringiensis, was harmful to monarch butterfly larvae. Now US researchers from the private and public sectors respond with their own studies that show that there is little if any risk from Bt corn pollen. Six studies appeared in the Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. (published online 14 September 2001; www.pnas.org), that, in general, agree that Bt corn has a low risk. One author, Mark Sears (University of Guelph, Ontario, Canada), told reporters, ‘there is less than a 1 or 2% risk of a monarch caterpillar being exposed.’ TRENDS in Plant Science Vol.6 No.11 November 2001

A

R O V A F …

E

a r t n o nc

España pionera en la Unión Europea en la siembra de maíz transgénico

España ha sido el país pionero en la siembra de variedades transgénicas (GM) en la Unión Europea, incorporando a la lista nacional de variedades vegetales dos variedades de maíz insecticida Bt en 1998, cinco variedades en marzo 2003 y otras nueve en febrero 2004. APARICION DE RESISTENCIA EN INSECTOS Y NUEVAS PLAGAS UNA GRAVE AMENAZA PARA LA SALUD HUMANA LAS VARIEDADES BT AFECTAN A INSECTOS BENEFICIOSOS LAS TOXINAS Bt ACTIVAS SE ACUMULAN Y PERSISTEN EN LOS SUELOS Isabel Bemejo Biodiversidad América Latina 24 de junio de 2005

VENTAJAS DEL USO DE MAÍZ Bt *SELECTIVIDAD Inocua para mamíferos, aves, peces No interacción con control biológico de plagas No interacción con polinizadores *NO SE NECESITA CALENDARIO DE APLICACIÓN *NO SE NECESITA MAQUINARIA DE APLICACIÓN *NO RIESGOS DE SALUD PARA EL AGRICULTOR *CONTROL DE OTRAS PLAGAS (además del taladro europeo)

INCONVENIENTES DEL USO DE MAÍZ Bt *MAYOR COSTE DE LAS SEMILLAS *SÓLO PRODUCE BENEFICIOS SI HAY PLAGA *DESARROLLO DE RESISTENCIA Se evita: Producción altas dosis de toxina Refugios de maíz no Bt *ACCIÓN SOBRE OTROS ORGANISMOS *POLINIZACIÓN CRUZADA ENTRE MAÍZ Bt Y NO Bt *ADQUISICIÓN DE RESISTENCIA POR POBLACIONES NATURALES

DESARROLLO DE RESISTENCIA

a) Sin maíz Bt

b) Introducción maíz Bt

c) Uso preferente de maíz Bt

REFUGIOS PARA EVITAR DESARROLLO DE RESISTENCIA A LA TOXINA DE B. thuringiensis

DISTRIBUCIÓN DE LOS REFUGIOS

METABOLITOS SECUNDARIOS Y ESTRÉS ESTRÉS ABIÓTICO

SÍNTESIS DE METABOLITOS SECUNDARIOS

•Temperaturas extremas

•Compuestos fenólicos

•Estrés hídrico

•Terpenos

•Déficit nutricionales

•Glucósidos cianogénicos

•Metales pesados

•Alcaloides

•Exceso de luz

•Taninos

METABOLITOS SECUNDARIOS Y ESTRÉS ALTA LUZ/UV HERIDAS

Patógenos

Baja Temperatura

Déficit Fe Déficit N

Déficit P

Plant Cell, 7, 1085-1097, 1995

PROLINA Y ESTRÉS HÍDRICO

Buchanan et al, Figura 22.7