TEMA 1 ALGUNOS METABOLITOS SECUNDARIOS. Buchanan et al, Figuras y Taiz and Zeiger, Figura 13.6

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1 TEMA 1 ALGUNOS METABOLITOS SECUNDARIOS COMPUESTOS FENÓLICOS COMPUESTOS CON NITRÓGENO TERPENOS Buchanan et al, Figuras y Taiz and Zeiger, Figura 13.6

2 EN LA HISTORIA La FITOTERAPIA es anterior a la AGRICULTURA Buchanan et al, Figura TROPICAMIDA Hyoscyamus muticus (Jusquian de Egipto) Atropa belladonna Buchanan, Figura 24.20

3 IMPORTANCIA ECONÓMICA DE LOS METABOLITOS SECUNDARIOS Medicamentos Aromas Colorantes Productos industriales Buchanan et al, Box 24.2 y Figura EN LA ACTUALIDAD ECOLOGÍA Y FISIOLOGÍA

4 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,

5 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 Artemisia annua Triptólido Antiinflamatorio Represión factores de transcripción (NF- κb, AP-1 ) Trypterigium wilfordii Schmidt et al (2007), Nature Chemical Biology, 3, METABOLITOS SECUNDARIOS CON ACTIVIDAD FARMACOLÓGICA COMPUESTOS FENÓLICOS Schmidt et al (2007), Nature Chemical Biology, 3,

6 METABOLITOS SECUNDARIOS CON ACTIVIDAD FARMACOLÓGICA COMPUESTOS FENÓLICOS COMPUESTOS Salicilatos Podofilotoxina Quercetina Resveratrol Warfarina USOS Aspirina Antiinflamatorios Tto verrugas Antineoplásico tenipósido Antioxidante Aumenta salud y supervivencia de ratones bajo dieta hipercalórica Anticoagulante PLANTA PRODUCTORA Salix spp. Podophyllum peltatum Uvas Té verde Uvas Galium odoratum Genisteína Tto síntomas menopausia Soja Schmidt et al (2007), Nature Chemical Biology, 3, METABOLITOS SECUNDARIOS CON ACTIVIDAD FARMACOLÓGICA COMPUESTOS CON NITRÓGENO Schmidt et al (2007), Nature Chemical Biology, 3,

7 METABOLITOS SECUNDARIOS CON ACTIVIDAD FARMACOLÓGICA COMPUESTOS CON NITRÓGENO COMPUESTOS Morfina Codeína Atropina Quinina Vincristina USOS Analgésico Antitusígeno Anticolinérgico Antimalaria Antineoplásico PLANTA PRODUCTORA Papaver somniferum Papaver somniferum Atropa belladonna Chinchona officinalis Catharanthus roseus Schmidt et al (2007), Nature Chemical Biology, 3, 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% inspiradas en productos naturales 54%

8 METABOLITOS SECUNDARIOS CON ACTIVIDAD FARMACOLÓGICA Drogas en el campo del cáncer: 155 antineoplásicos desde % relacionadas con productos naturales 27% no relacionadas INSECTICIDAS NATURALES CON DIANAS QUE NO EXISTEN EN MAMÍFEROS piretrinas azadiractina

9 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.

10 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.

11 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

12 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

13 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

14 CARACTERÍSTICAS DE LOS METABOLITOS SECUNDARIOS Ejemplos Necesarios Universalidad Función METABOLITOS PRIMARIOS Azúcares, aminoácidos, ácidos nucleicos Supervivencia individuo En todas las especies vegetales Metabólica y fisiológica básica METABOLITOS SECUNDARIOS Mentol, resinas, morfina Supervivencia especie Restricción de especie, órgano, tipo celular, compartimento subcelular, estadío del desarrollo Ecológica LOS METABOLITOS SECUNDARIOS NO SON EXCLUSIVOS DE PLANTAS BACTERIAS ANTIBIÓTICOS PIGMENTOS HONGOS Aflatoxinas (policetonas) de Aspergillus flavus Ácido lisérgico (alcaloide) de Claviceps purpurea INSECTOS FEROMONAS GLUCÓSIDOS CIANOGÉNICOS

15 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 Echinocereus Petunia Caléndula BETALAÍNA Compuestos con N CAROTENOIDE Terpenos ANTOCIANINA Compuestos fenólicos

16 AMARILLOS Y NARANJAS CAROTENOIDES Luteína ROJOS ANTOCIANINAS Cianidina

17 AZULES ANTOCIANINAS Delfinidina DEFINICIÓN DE METABOLITO SECUNDARIO 2. Estrecha relación bioquímica entre metabolitos primarios y secundarios TERPENOS Giberelinas (primarios) Cardenólidos (secundarios)

18 DITERPENOS (20 C) Taiz and Zeiger (2 ed), Figura 20.1 Taiz and Zeiger (3 ed), Figura 20.2 Mariposa Monarca Arrendajo Algodoncillo Algodoncillo CARDENÓLIDO TRITERPENO (30 C) 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.

19 DEFINICIÓN DE METABOLITO SECUNDARIO 3. Un mismo metabolito puede tener función primaria y secundaria LIGNINA Función estructural (primaria) Función defensiva (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

20 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

21 PRINCIPALES FUNCIONES DE LOS METABOLITOS SECUNDARIOS 2. ALELOPATÍA PRINCIPALES FUNCIONES DE LOS METABOLITOS SECUNDARIOS 3. SIMBIOSIS/PARASITISMO Rizobios

22 Micorrizas ENDOMICORRIZAS ECTOMICORRIZAS Taiz and Zeiger, Fig 5.11 ESTRIGOLACTONAS Buchanan et al, Fig Agrobacterium

23 PLANTAS PARÁSITAS Orobanche (jopo) Striga (hierba bruja) PRINCIPALES FUNCIONES DE LOS METABOLITOS SECUNDARIOS HERBÍVOROS Vertebrados Invertebrados PATÓGENOS Hongos, Bacterias, Virus, Nematodos 4. DEFENSA tóxicos fitoalexinas disuasores nutritivos moléculas señalizadoras PLANTA RESPUESTA DEFENSAS ACTIVAS Estricnina, resinas, piretrinas BARRERAS Ceras, cutina, suberina Lignina

24 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

25 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 Fuente de E Aminoácidos no proteicos Glucósidos cianogénicos Fuente de N Defensa

26 METABOLISMO SECUNDARIO TERPENOS COMPUESTOS FENÓLICOS COMPUESTOS CON N IPP (isopentenil difosfato) Ruta del ácido MEVALÓNICO Ruta del piruvatofosfoglicerato Ruta del ácido SIQUÍMICO Ruta del ácido MALÓNICO AMINOÁCIDOS Alifáticos Aromáticos

27 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)

28 Limoneno sintasas de Gimnospermas Limoneno sintasas de Angiospermas Trends Plant Sci, 5, , 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

29 PLANTA HERBÍVORO PRODUCCIÓN DE METABOLITOS CON MAYOR TOXICIDAD 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

30 PRECURSORES INANES LINAMARASA Tapioca LINAMARINA Manihot sculenta (yuca, mandioca) SISTEMAS ESPECIALIZADOS Arg Arg Canavalia ensiformis Aminoacil-ARNt sintasa Arg Arg Arg Aminoacil-ARNt

31 ALEJAMIENTO DEL TÓXICO Tricoma glandular (menta) Curr Opin Plant Biol, 5, , 2002 ALEJAMIENTO DEL TÓXICO

32 PLANTA HERBÍVORO PRODUCCIÓN DE METABOLITOS CON MAYOR TOXICIDAD 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, , 2002

33 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, , 2002 PLANTA ANIMAL/HONGO METABOLITO SECUNDARIO Phaseolus lunatus Phytophthora Compuestos phaseoli fenólicos Cycas circinali Insectos y mamíferos glucósidos de metilaxoximetanol INTERACCIÓN Protección Protección (hidrólisis del glucósido por glucosidasa intestinal) Cycas circinali Seirarctia echo glucósidos de metilaxoximetanol Especialización alimentaria Dioclea megacarpa Caryedes brasiliensis canavanina Especialización alimentaria Asclepias Mariposa monarca cardenólidos Uso para defensa del insecto Senecio jacobea Tyria jacobaeae alcaloides Uso para defensa del insecto Plantas con alcaloides del grupo de las pirrolizidinas Creatonotos transiens alcaloides Uso para síntesis de feromonas

34 PROTECCIÓN Soja infectada por Phytophthora Phaseolus lunatus Phytophthora PLANTA Phaseolus lunatus METABOLITO ANIMAL INTERACCIÓN SECUNDARIO Phytophthora phaseoli Compuestos fenólicos Protección Cycas circinali Insectos y mamíferos glucósidos de metilaxoximetanol Protección (hidrólisis del glucósido por glucosidasa intestinal) Cycas circinali Seirarctia echo glucósidos de metilaxoximetanol Especialización alimentaria Dioclea megacarpa Caryedes brasiliensis canavanina Especialización alimentaria Asclepias Mariposa monarca cardenólidos Uso para defensa del insecto Senecio jacobea Tyria jacobaeae alcaloides Uso para defensa del insecto Plantas con alcaloides del grupo de las pirrolizidinas Creatonotos transiens alcaloides Uso para síntesis de feromonas

35 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

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38 PLANTA Phaseolus lunatus METABOLITO ANIMAL INTERACCIÓN SECUNDARIO Phytophthora phaseoli Compuestos fenólicos Protección Cycas circinali Insectos y mamíferos glucósidos de metilaxoximetanol Protección (hidrólisis del glucósido por glucosidasa intestinal) Cycas circinali Seirarctia echo glucósidos de metilaxoximetanol Especialización alimentaria Dioclea megacarpa Caryedes brasiliensis canavanina Especialización alimentaria Asclepias Mariposa monarca cardenólidos Uso para defensa del insecto Senecio jacobea Tyria jacobaeae alcaloides Uso para defensa del insecto Plantas con alcaloides del grupo de las pirrolizidinas Creatonotos transiens alcaloides Uso para síntesis de feromonas USO PARA LA PROPIA DEFENSA Mariposa monarca. Adulto y larva consumiendo algodoncillo (Asclepias sp.)

39 PLANTA Phaseolus lunatus Cycas circinali ANIMAL Phytophthora phaseoli Insectos y mamíferos METABOLITO INTERACCIÓN SECUNDARIO Compuestos fenólicos Protección glucósidos de metilaxoximetanol Protección (hidrólisis del glucósido por glucosidasa intestinal) Especialización alimentaria Especialización Cycas circinali Seirarctia echo glucósidos de metilaxoximetanol Dioclea megacarpa Caryedes canavanina brasiliensis alimentaria Asclepias Mariposa cardenólidos Uso para defensa del monarca insecto Senecio jacobea Tyria jacobaea alcaloides Uso para defensa del insecto Plantas con alcaloides Creatonotos alcaloides Uso para síntesis de del grupo de las transiens feromonas pirrolizidinas USO Y DEPENDENCIA Larvas de Tyria jacobaea Polilla Creatonos transiens Buchanan, Box 24.3

40 Trends Plant Sci, Vol 9, No.5, May 2004 ALCALOIDE FEROMONA Crotolaria spectabilis Utetheisa ornatrix

41 Hembras sin PA x Machos con PA Lycosa ceratiola Hembras sin PA x Machos sin PA PA Alcaloides de pirrolicidina MÉTODOS DE OBTENCIÓN DE METABOLITOS SECUNDARIOS Selección de la planta por su contenido de metabolitos secundarios para iniciar cultivos in vitro Cultivos de células en suspensión 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, , 2001

42 MEDIOS DE CULTIVO: COMPOSICIÓN GENERAL COMPUESTOS INORGÁNICOS Macronutrientes: NO 4-, PO 4 3-, K +, Ca 2+, Mg 2+, SO 4 2- Micronutrientes: Fe 2+, Cu 2+, Zn +, Mn 2+, Mo 2+, Co 2+, I - CARBOHIDRATOS 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

43 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, , 2001

44 Permeabilización de raíces Datura innoxia Plant Sci, 163, , 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

45 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

46 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

47 FUNDAMENTOS DE LA TRANSFORMACIÓN Agrobacterium tumefaciens Taiz and Zeiger, Fig 21.4

48 TRANSFORMACIÓN CON Agrobacterium TRANSFORMACIÓN DE DISCOS FOLIARES Azcón-Bieto y Talón, Fig 29-7

49 TRANSFORMACIÓN DE DISCOS FOLIARES Azcón-Bieto y Talón, Fig CULTIVO DE CALLOS

50 REGENERACIÓN DE PLANTAS A PARTIR DE CALLOS cebada TRANSFORMACIÓN CON A. rhizogenes Agrobacterium rhizogenes

51 Tumor de raíces producido por Agrobacterium rhizogenes en discos de remolacha DESPUÉS DE LA TRANSFORMACIÓN

52 OTROS MÉTODOS DE TRANSFORMACIÓN D`Halluin K, Bonne E, Bossut M, De Beuckeleer M, Leemans J (1992). Plant Cell, 4, FUSIÓN DE PROTOPLASTOS

53 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

54 Localización histoquímica de la actividad del promotor GA1. Fusión del promotor GA1 con el gen GUS (pga1-103) Buchanan et al, Fig APLICACIONES DE LA TRANSFORMACIÓN DE PLANTAS 2. Aumento de valor nutricional o comercial Arroz dorado Vit E Aromas florales Disminución glucosinolatos Color de flores

55 MODIFICACIÓN DE LA SÍNTESIS DE ANTOCIANINAS Flavonoide 3 5 hidroxilasa APLICACIONES DE LA TRANSFORMACIÓN DE PLANTAS 3. Resistencia a herbicidas Resistencia al glifosato

56 ERITROSA-4-P PEP DIANA DEL GLIFOSATO EPSP sintasa EPSP sintasa Ácido Siquímico 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

57 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, , 2000

58 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

59 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

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

61 Buchanan et al, Figura Hiosciamina 6β-hidroxilasa Hiosciamina 6β-hidroxilasa Atropa belladonna HIOSCIAMINA ESCOPOLAMINA Hiosciamina 6β-hidroxilasa Hyoscyamus niger

62 PLANTAS TRANSGÉNICAS ARROZ DORADO MAÍZ BT Buchanan, Figura Toxina Cry

63 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. Ostrinia nubilalis Diatrea saccharalis Sesamia nonagroides Estos insectos se alimentan de la planta de maíz excavando galerías su interior.

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65 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; 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

66 A FAVOR En contra 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 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

67 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

68 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

69 DISTRIBUCIÓN DE LOS REFUGIOS

70 METABOLITOS SECUNDARIOS Y ESTRÉS ESTRÉS ABIÓTICO Temperaturas extremas Estrés hídrico Déficit nutricionales Metales pesados Exceso de luz SÍNTESIS DE METABOLITOS SECUNDARIOS Compuestos fenólicos Terpenos Glucósidos cianogénicos Alcaloides Taninos METABOLITOS SECUNDARIOS Y ESTRÉS ALTA LUZ/UV HERIDAS Patógenos Baja Temperatura Déficit N Déficit P Déficit Fe Plant Cell, 7, , 1995

71 PROLINA Y ESTRÉS HÍDRICO Buchanan et al, Figura 22.7