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Senescencia, estrés<br />
oxidativo y abscisión
1- Senescencia<br />
2- Estrés oxidativo / especies reactivas de oxígeno (ROS)<br />
3- Abscisión
1- SENESCENCIA<br />
A- Generalidades, función fisiológica, tipos de senescencia<br />
B- Metabolismo durante la etapa de senescencia<br />
C- Control ambiental<br />
D- Control hormonal<br />
E- Implicancias en la producción agropecuaria<br />
SENESCENCIA
¿Qué es la senescencia?<br />
SENESCENCIA<br />
Secuencia ordenada de cambios fisiológicos, bioquímicos y<br />
estructurales que ocurren en la fase final del desarrollo e<br />
implica el desmantelamiento y posterior muerte celular, de<br />
tejidos o de órganos.
SENESCENCIA<br />
A nivel celular:<br />
Senescencia mitótica / postmitótica / quiescente<br />
Annual Plant Reviews<br />
Vol. 26, 2007
SENESCENCIA<br />
En plantas ocurren los 2 tipos de senescencia celular<br />
Annual Plant Reviews<br />
Vol. 26, 2007
cómo clasificarla ?<br />
Monocárpica<br />
(plantas anuales)<br />
SENESCENCIA<br />
Otoñal<br />
(especies plurianuales)<br />
Secuencial Sincronizada<br />
Casos especiales de celular<br />
(xilema, aerénquimas)
Función fisiológica:<br />
SENESCENCIA<br />
removilización de compuestos bioquímicos de<br />
órganos eliminados en beneficio de órganos de<br />
reserva.
SENESCENCIA<br />
¿de donde proviene el N<br />
que encontramos en el<br />
grano?
75% del N se encuentra<br />
en el cloroplasto !<br />
SENESCENCIA<br />
¿Y en qué parte de las<br />
células se encuentra?
Senescencia<br />
SENESCENCIA<br />
Redistribución de nutrientes:<br />
- degradación de cloroplastos<br />
- exportación de N y otros.<br />
Finalmente, muerte celular.
Degradación de cloroplastos: síntoma inicial y<br />
distintivo<br />
Degradación de la<br />
clorofila: via<br />
dilucidada<br />
SENESCENCIA<br />
FCC: fluorescent<br />
chlorophyll<br />
catabolite<br />
CLH: chlorophyll<br />
hidrolase=chloroph<br />
yllase<br />
Pheide:<br />
pheophorbide<br />
PAO:<br />
pheophorbide a<br />
oxygenase<br />
RCCR: red<br />
chlorophyll<br />
catabolite<br />
reductase<br />
Chlide:<br />
chlorophyllide1<br />
Hörtensteiner, Annu. Rev. Plant Biol.<br />
2006 57: 55-77
Desmantelamiento del cloroplasto: aún no se<br />
conoce completamente.<br />
Degradación de proteínas: aún no se conoce<br />
completamente<br />
Investigación:<br />
Enzimas hidrolíticas (proteasas) en plástidos.<br />
Niveles de ARNm.<br />
Recientes investigaciones demuestran altas<br />
actividades proteolíticas en vacuola<br />
SENESCENCIA
La senescencia es un<br />
proceso reversible<br />
Nicotiana rustica<br />
BAP benzylaminopurina (citocinina)<br />
SENESCENCIA<br />
Zavaleta-Mancera, JEB 1999 (50) 340:1677-1682
La transmisión<br />
de la señal de<br />
senescencia<br />
monocárpica<br />
sería via xilema<br />
Soja<br />
Noodén and Murray, Plant<br />
Phy. 1982 69: 754-756<br />
verdes<br />
secas<br />
B<br />
A<br />
C<br />
SENESCENCIA
Cambios físicos (ej color),<br />
químicos (composición)<br />
y bioquímicos.<br />
SENESCENCIA
SDGs, SAGs clase I, SAGs clase II…..<br />
SENESCENCIA<br />
Gan y Amasino, Plant Physiol.1997, 113: 313-319
Importantes cambios,<br />
SENESCENCIA<br />
Algunos RNA específicos<br />
de senescencia aumentan, y<br />
otros disminuyen.<br />
Senescencia foliar en Arabidopsis thaliana<br />
Hensel et al., 1993. Plant Cell 5: 553-564.
Senescencia<br />
foliar en<br />
Arabidopsis<br />
thaliana<br />
Lohman et al., 1993. Physiol. Plant.<br />
92: 322-328<br />
SENESCENCIA
Senescencia<br />
foliar en<br />
Arabidopsis<br />
thaliana<br />
Lohman et al., 1993. Physiol. Plant. 92:<br />
322-328<br />
SENESCENCIA
Se produce una disminución de las funciones<br />
asociadas a la asimilación de C…<br />
SENESCENCIA<br />
Senescencia foliar en Arabidopsis thaliana<br />
Hensel et al., 1993. Plant Cell 5: 553-564.
…y una degradación masiva de macromoléculas<br />
(RNAs, proteínas y lípidos).<br />
SENESCENCIA<br />
Senescencia foliar en Arabidopsis thaliana<br />
Hensel et al., 1993. Plant Cell 5: 553-564.
RNA total<br />
disminuye<br />
Senescencia foliar en Arabidopsis<br />
thaliana<br />
Lohman et al., 1993. Physiol. Plant. 92:<br />
322-328<br />
SENESCENCIA
Es acelerada por estrés hídrico o de N, y retrasada por<br />
extracción de destinos reproductivos.<br />
Esta aceleración sería adaptativa en condiciones de<br />
estrés hídrico:<br />
a) Reduce la demanda total del ciclo<br />
b) Recicla recursos a destinos reproductivos<br />
SENESCENCIA
Interacciones y<br />
plasticidad del<br />
proceso<br />
SENESCENCIA<br />
Regulación compleja donde intervienen factores<br />
endógenos y ambientales.<br />
Gan y Amasino, Plant Physiol.1997, 113: 313-319
Regulación ambiental de la senescencia<br />
- Disponibilidad de agua y nutrientes<br />
- Sombreo de hojas<br />
- Enfermedades<br />
Spad<br />
40<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
0 500 1000 1500 2000<br />
TTDE<br />
T<br />
D<br />
SH<br />
S<br />
Estratos<br />
9<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
SENESCENCIA<br />
P30-T<br />
P30-C<br />
P30-S<br />
0 20 40 60 80 100<br />
DAF
Regulación autónoma de la senescencia<br />
- Edad<br />
Area foliar verde [cm²]<br />
1400<br />
1200<br />
1000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
Payé<br />
E1<br />
E3<br />
E5<br />
0 500 1000 1500 2000<br />
Tiempo térmico (ºCd)<br />
SENESCENCIA
Parámetros ecofisiológicos y bioquímicos<br />
relacionados con la senescencia:<br />
- área foliar,<br />
- clorofila,<br />
- azúcares solubles,<br />
- nitrógeno total.<br />
1 af<br />
2 clorofila<br />
3 azúcares<br />
4 nitrógeno<br />
0<br />
X 1,2,3,4<br />
Tiempo<br />
momento relacionado con la senescencia<br />
SENESCENCIA<br />
X1 > X2 > X3 > X4 ??<br />
y ante un estrés ??<br />
y en distintas hojas ??
Clorofila<br />
% N total<br />
HdC solubles<br />
Clorofila (mg/cm2)<br />
N total (%)<br />
HC (ug/cm2)<br />
0,03<br />
0,02<br />
0,01<br />
Hoja 15<br />
0,00<br />
0 500 1000 1500 2000<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
TT desde Iniciación (ºCd)<br />
Hoja 15<br />
0 500 1000 1500 2000<br />
TT de sde Inicia ción (ºCd)<br />
Hoja 15<br />
0 500 1000 1500 2000<br />
TT de sde inicia ción (ºCd)<br />
D<br />
S<br />
SH<br />
T<br />
D<br />
S<br />
S H<br />
T<br />
D<br />
S<br />
S H<br />
T<br />
SENESCENCIA
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
Variables:<br />
80% N total máximo<br />
80% máximo valor<br />
clorofila<br />
80% área foliar<br />
máxima<br />
80% del valor<br />
máximo de HCS<br />
20% máximo valor<br />
clorofila<br />
0% máximo valor<br />
clorofila<br />
Hoja 15<br />
Hoja 25<br />
1 3 2 4 5 6<br />
1 2 3 5 4 6<br />
SENESCENCIA<br />
800 1000 1200 1400 1600 1800<br />
Tiempo térmico desde iniciación de la hoja (°Cd)<br />
-En la hoja 15 los eventos transcurren en un período de tiempo menor al<br />
observado en la 25, donde el AF (3) y los HCS (4) están retardados<br />
-La secuencia cronológica de eventos no fue la misma en las hojas 15 y<br />
25 de T, principalmente por el adelantamiento en la caída AF (3) y de<br />
HCS (4) en la hoja 15<br />
Dosio y col, 2010
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
Variables:<br />
80% N total máximo<br />
80% máximo valor<br />
clorofila<br />
80% área foliar<br />
máxima<br />
80% del valor<br />
máximo de HCS<br />
20% máximo valor<br />
clorofila<br />
0% máximo valor<br />
clorofila<br />
-El tratamiento D retrasó los eventos en<br />
la hoja 15, especialmente la caída de AF<br />
(3) y de HCS (4)<br />
-El SH adelantó la ocurrencia de todos<br />
los eventos, principalmente la caída de<br />
AF (3) en la hoja 15, y de clorofila (2),<br />
en la 25<br />
-El tratamiento S estrechó el período de<br />
ocurrencia de los eventos en ambas<br />
hojas<br />
-El SH alteró la secuencia en la hoja 15<br />
por la rápida caída de AF (3)<br />
-El S en la hoja 25 adelantó la caída de<br />
HCS (4)<br />
Hoja 15<br />
1 2 3 4 5 6<br />
1 3 2 4 5 6<br />
3 2 1 4 5 6<br />
1 2 3 4 5 6<br />
SENESCENCIA<br />
800 1000 1200 1400 1600 1800<br />
D<br />
T<br />
S H<br />
S<br />
H o ja 2 5<br />
1 2 3 4 5 6<br />
1 2 3 5 4 6<br />
2 1 3 4 5 6<br />
1 2 4 5 3 6<br />
D<br />
T<br />
SH<br />
8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 1 6 0 0 1 8 0 0<br />
T ie m p o t é r m ic o d e s d e in ic ia c ió n d e la h o ja ( °C d )<br />
S
Sincronía de eventos<br />
SENESCENCIA<br />
Inicio Expresión SAG ? AF Clorofila Nitrógeno Azúcares Fin<br />
Tiempo
Regulación hormonal<br />
Efecto general de los 5 principales grupos de hormonas:<br />
- Auxinas inhibe<br />
- Citocininas * inhibe<br />
- Acido giberélico inhibe<br />
- Acido abscísico promueve<br />
- Etileno * promueve<br />
SENESCENCIA
SENESCENCIA<br />
Tabaco que expresa una isopentenyl transferasa (interviene en la vía de<br />
producción de citocininas) bajo control de un promotor de un gen<br />
activado durante la senescencia (SAG 12, que codifica una proteinasa de<br />
arabidopsis).<br />
Citocininas y<br />
senescencia<br />
Gan y Amasino, 1995<br />
Science 270: 1986-1988
SENESCENCIA<br />
La expresión del gen PSAG12-IPT retarda la senescencia<br />
de las hojas en plantas de lechuga transformadas<br />
McCabe et al., 2001. Plant Physiology 127: 505-516
SENESCENCIA<br />
Regulación de la senescencia foliar en Arabidopsis<br />
He et al., 2001. Plant Physiology 126: 707-716
SENESCENCIA<br />
Implicancias en la producción agropecuaria<br />
Relación entre la integral del área foliar (DSF) y la<br />
producción de biomasa total (A) o el rendimiento en<br />
granos (B) en girasol (Merrien, Blanchet et Gelfi, 1981).
SENESCENCIA<br />
Relación entre la senescencia y el rendimiento en<br />
sorgo
Duración de la vida de las hojas y producción de biomasa por una<br />
cubierta vegetal<br />
j fin<br />
Biomasa = Σ ε b(j)*ε a(j)*PAR i(j)<br />
j levée<br />
Duración de vida<br />
de las hojas<br />
Eficiencia de conversión de<br />
radiación en biomasa<br />
Fotosíntesis<br />
por unidad de superficie<br />
Eficiencia de absorción de<br />
radiación<br />
Superficie foliar<br />
SENESCENCIA<br />
Cada día extra de funcionamiento óptimo de la cubierta permite una ganancia de 250 kg de<br />
asimilados carbonados por ha, o sea 100 a 200 kg de granos (según su costo energético).<br />
Con :<br />
ε a = 0.95<br />
ε b = 2 gMS MJ -1<br />
PAR i = 13 MJ m -2 (día soleado diciembre-enero)
Senescencia retardada («stay green»):<br />
SENESCENCIA<br />
Thomas and Howarth, 2000. JEB 51: 329-337<br />
- sorgo: buenos resultados<br />
- otras spp: resultados contradictorios
2- Estrés oxidativo / Especies reactivas de oxígeno (ROS)<br />
ocasionado por procesos aleatorios que determinan senectud o envejecimiento<br />
Formación de radicales libres y daños a membrana<br />
En determinadas condiciones se satura la capacidad del<br />
sistema fotosintético para transportar electrones<br />
Se generan especies reactivas de oxígeno<br />
- oxígeno singlete 1 O 2 *<br />
especies reducidas<br />
- radical superóxido O 2 -<br />
- radical hidroperoxilo HO 2 -<br />
- peróxido de hidrógeno H 2O 2<br />
- radical hidroxilo OH -<br />
ESTRES OXIDATIVO / AOS
Estas especies oxidan moléculas biológicas como:<br />
-DNA,<br />
-Proteínas,<br />
-Lípidos<br />
-La especie más reactiva es el radical hidroxilo OH -<br />
El cloroplasto es la principal fuente de ROS en plantas<br />
¿Por qué?
n( 1 Chl*) 3 Chl*<br />
Clorofila<br />
excitada en<br />
la antena<br />
fotosintética<br />
Formación y disipación del oxígeno singlete<br />
Reacción espontánea ante la<br />
abundancia de clorofila excitada<br />
Causa peroxidación de lípidos<br />
insaturados de membrana.<br />
Oxida aminoácidos (metionina,<br />
triptofano, cisteína, etc.)<br />
Oxígeno singlete<br />
1 O2 *<br />
+ Chl<br />
Emisión de calor, no producen daño<br />
+ Carotenoides<br />
ESTRES OXIDATIVO / AOS<br />
Estado<br />
“triplete”<br />
Especie muy reactiva<br />
+ O O2 3 Car *<br />
+ O 2
Formación y disipación del anión superóxido y formación de peróxido<br />
Ferredoxina<br />
(Fotosistema I)<br />
de hidrógeno<br />
e<br />
- NADP<br />
NADPH<br />
Pero también (10-20% del flujo de electrones)<br />
Ferredoxina<br />
(Fotosistema I)<br />
e<br />
-<br />
O 2<br />
O 2 -<br />
anión superóxido<br />
EN TILACOIDES<br />
2 O - SOD<br />
2 + 2H+ H2O2 ESTRES OXIDATIVO / AOS<br />
SOD = superóxido dismutasa, depende de pH, a >pH, < actividad
Reacciones del peróxido de hidrógeno y formación del radical hidroxilo<br />
H 2O 2 OH -<br />
“per se” inactiva<br />
enzimas del ciclo<br />
de Calvin<br />
Destrucción del H 2O 2<br />
2 Ascorbato + H 2O 2<br />
En presencia de metales<br />
Ascorbato peroxidasa<br />
Enzima que contiene un grupo hemo<br />
AP<br />
ESTRES OXIDATIVO / AOS<br />
Radical hidroxilo<br />
(muy reactivo)<br />
Causa daño oxidativo a<br />
lípidos, proteínas, ácidos<br />
nucleicos, pigmentos<br />
2 MDA- + 2H 2O<br />
Radical monodehidroascorbato<br />
No produce daño
Estrés oxidativo es la consecuencia del desbalance entre la<br />
generación y la eliminación (antioxidantes) de ROS (muchas<br />
veces lleva a la muerte celular).<br />
Durante la senescencia aumenta la incidencia de las ROS<br />
y disminuye la capacidad antioxidante
3- ABSCISION:<br />
Caída de órganos<br />
ABSCISION<br />
Resultado de acontecimientos bioquímicos y<br />
celulares coordinados y regulados finamente.<br />
senescentes<br />
senescentes<br />
no no senescentes<br />
senescentes<br />
senescentes
Lugar Lugar Lugar de de de abscisión abscisión: abscisión<br />
Cerca Cerca de de de la la unión unión del del órgano órgano con con la la planta planta. planta<br />
ABSCISION<br />
Entre Entre 5 y 50 50 capas capas de de células células distintas distintas de de sus sus vecinas<br />
vecinas<br />
forman forman forman un un un cilindro cilindro cilindro que que rodea rodea al al cilindro cilindro vascular<br />
vascular<br />
ZONA ZONA DE DE ABSCISION<br />
ABSCISION
ABSCISION<br />
Representación esquemática del proceso de abscisión
Características de las células de la zona de abscisión:<br />
-Isodiamétricas<br />
Isodiamétricas<br />
-Protoplasma Protoplasma denso<br />
denso<br />
-Depósitos Depósitos Depósitos de de almidón<br />
almidón<br />
-Plasmodesmos Plasmodesmos abundantes abundantes y y ramificados<br />
ramificados<br />
-Paredes Paredes Paredes celulares celulares no no no lignificadas<br />
lignificadas<br />
-Ausencia Ausencia de de esclereidas esclereidas y y fibras<br />
fibras<br />
ABSCISION
ABSCISION<br />
Mecanismo Mecanismo clave: clave: DISOLUCION DISOLUCION DISOLUCION DE DE LAS LAS PAREDES<br />
PAREDES<br />
Secuencia Secuencia Secuencia de de de desarrollo desarrollo desarrollo o o señal señal ambiental ambiental detonante detonante del<br />
del<br />
proceso.<br />
proceso.<br />
Disolución Disolución de de de laminillas laminillas medias medias en en en 1 1 a a 5 5 estratos estratos celulares<br />
celulares<br />
ZONA ZONA ZONA DE DE SEPARACION<br />
SEPARACION
ABSCISION<br />
Plano de fractura por crecimiento de una capa de<br />
células (proximal a a la planta) y disolución de<br />
laminilla media.<br />
Sellado de la herida por depósito de suberina y<br />
lignina, o sustancias gomosas
ABSCISION<br />
Representación Representación esquemática esquemática del del proceso proceso proceso de de abscisión<br />
abscisión
Laminilla media<br />
Pectinas<br />
Enzimas hidrolíticas<br />
Endopoligalacturonasa<br />
Celulasas (ββββ-1,4 glucanasa)<br />
ABSCISION
La abscisión está controlada hormonalmente.<br />
Hormonas involucradas: auxinas (AIA) y etileno<br />
El proceso depende del movimiento del AIA:<br />
ABSCISION<br />
Dirección: Dirección: lámina lámina-pecíolo<br />
lámina lámina-pecíolo<br />
lámina pecíolo pecíolo-planta<br />
pecíolo pecíolo-planta<br />
pecíolo planta planta zona zona zona zona zona zona zona de de abscisión abscisión insensible insensible al<br />
al<br />
al<br />
etileno etileno<br />
etileno<br />
inversa inversa zona zona de de abscisión abscisión abscisión sensible sensible al al etileno etileno<br />
etileno<br />
(endógeno (endógeno (endógeno o o exógeno) exógeno)<br />
exógeno)<br />
se se induce induce el el proceso<br />
proceso
Etileno<br />
Etileno<br />
induce induce induce expresión expresión de de genes genes que<br />
que<br />
codifican codifican enzimas enzimas hidrolíticas hidrolíticas<br />
hidrolíticas<br />
disolución disolución de de paredes<br />
paredes<br />
plano plano de de fractura<br />
fractura<br />
ABSCISION<br />
En ciertos casos la acción del etileno no es tan evidente (A.t.)<br />
El ABA actúa estimulando la acción del etileno, directa o<br />
indirectamente, por su acción en el gradiente de auxinas.
Sentido fisiológico de la abscisión:<br />
- ajuste de estructura a los cambios<br />
- disminución de la superficie respiratoria<br />
- disminución de la superficie de exposición<br />
(ventaja frente a estrés)<br />
ABSCISION