Giberelinas

Seminario de Crecimiento y Desarrollo “Utilización de Giberelinas en Explantes Vegetales”

Docente: Iván Paredes  Alumnos: Diego David Gonzalo Vergara  Asignatura: Crecimiento y Desarrollo CBI 511

Santiago, 26 de mayo de 2009

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“Utilización de Giberelinas en Explantes Vegetales” Diego David, Estudiante de Bioingeniería, Universidad de las Américas Gonzalo Vergara, Estudiante de Bioingeniería, Universidad de las Américas

Resumen El siguiente documento intentara describir a las giberelinas desde su descubrimiento, pasando por un punto de vista molecular, sus vías de síntesis, para luego describir sus efectos fisiológicos y sus funciones en las plantas. Para concluir el documento se describirán los efectos específicos de las giberelinas y su utilización en explantes vegetales Las giberelinas son una clase de reguladores de crecimiento de las plantas con más de 130 variantes identificadas desde varias fuentes, todas basadas desde la misma estructura de Gibano. La Actividad de las giberelinas aplicadas exógenamente varía según el tipo de giberelina y la especie en tratamiento, La giberelina usualmente utilizada en cultivos vegetales es GA3, conocida también como acido giberélico. Aunque las giberelinas tienen un importante papel en el ciclo de vida de las plantas (controlando por ejemplo el largo del tallo, la floración y la formación de frutos), en un cultivo de tejidos GA3 generalmente se usa para estimular la elongación de los tallos o la conversión de brotes a tallos. GA3 interfiere con la iniciación de brotes en las primeras etapas de la formación del meristema, y puede también reducir la formación de brotes in vitro si se aplica a cultivos de tejido vegetal en la etapa de iniciación. Similarmente GA3 generalmente reduce la formación de raíces y la embriogénesis in vitro. Palabras Clave: Giberelinas, Explantes Vegetales, Cultivos celulares de tejidos vegetales, acido Giberélico, GA3.

Introducción

Por cerca de treinta años después del descubrimiento de las auxinas los científicos 2

trataron de atribuirle todos los efectos del la regulación del crecimiento a las auxinas, sin embargo, se sabe que el crecimiento de las plantas y su desarrollo están regulados por  muchos tipos de hormonas vegetales diferentes que actúan solas y en conjunto. En los años 50’s fueron caracterizadas las giberelinas, las giberelinas son un gran grupo de compuestos relacionados (más de 130), que están definidos por su estructura química más que por su actividad biológica. Las giberelinas están más asociadas con el crecimiento del tallo, y la aplicación de giberelinas a plantas intactas puede inducir a un gran aumento en altura. Como se describirá luego, las giberelinas juegan un importante rol en una gran cantidad de fenómenos fisiológicos. En este documento se describirá descubrimiento, su estructura química y su rol en varios procesos fisiológicos como la germinación y movilización de reservas en semillas, el crecimiento del tallo, floración y desarrollo de frutos. Además, al final de este documento se describirán los usos de giberelinas en explantes vegetales.

Desarrollo Descubrimiento de las Giberelinas Los agricultores de arroz de Asia tenían conocimiento de una enfermedad que afectaba a los arrozales (Imagen 1 y 2) haciendo crecer al arroz muy alto pero eliminando la producción de semillas y dañando de esa forma la producción. En Japón a se llamo a esa enfermedad “Bakanae” lo que quiere decir “semillas tontas”. Fitopatologías que investigaron esta enfermedad determinaron que el crecimiento desmedido era causado por un químico secretado por un hongo que infectaba a las plantas enfermas. El compuesto fue aislado de un cultivo de hongo Gibberella fujikuori por lo que se llamo a este compuesto giberelina.

En los años 30’s científicos japoneses lograron obtener cristales impuros que contenían giberelinas y en los años 50’s en Estados Unidos e Inglaterra lograron determinar la estructura de uno de los compuestos, el acido giberélico. Al mismo tiempo, científicos de la universidad de Tokio lograron identificar tres compuestos: GA 1, GA 2, y GA 3, siendo el GA 3 el mismo compuesto que el acido giberélico. Más tarde, científicos experimentaron con diferentes tipos de plantas y lograron determinar que las plantas producen sus propias giberelinas de manera natural, entrando las giberelinas en la categoría de fitohormonas

Estructura, Biosíntesis y Regulación Todas las giberelinas están basadas en el esqueleto ent-Giberelano ent-Giberelano (Ilustración 2), las giberelinas con actividad biológica son las giberelinas con 19 carbonos (Ilustración 3) y las giberelinas con 20 carbonos (Ilustración 4) tienen poco o nulo efecto biológico. Todas son ácidos carboxílicos diterpenoides tetracíclicos, se las denomina ácidos giberélicos y se las representa como GAs, distinguiéndose una de otra por un subíndice: GA 13 13, GA 2o 2o, GA 52 52, etc. Podemos decir que los primeras pasos de síntesis son comunes al camino biosintético de poliisoprenoides; a partir de la Acetil CoA y por la vía del acetato mevalonato se forma isopentenil PP, que representa la unidad isoprénica base de estos compuestos. Luego continuará la síntesis con formación de geranil PP, farnesil PP y geranilgeranil PP (compuesto de 20 carbonos, dador de todos los carbonos de las giberelinas). Este compuesto se cicliza para formar el entKaureno o (-) Kaureno. Por acción de monooxigenasas (del tipo citocromo P450) el C19 de este compuesto es oxidado a alcohol (ent-Kaurenol), aldehído (ent3

Kaurenal) y ácido ent-Kaurenoico, a nivel de la membrana del retículo endoplasmatico. En un paso posterior el anillo B se contrae por expulsión del C7 pasando de un anillo de 6 Carbonos a otro de 5, formando el gibano, luego por  oxidación en C7 se forma el GA 12 aldehído. El aldehído GA 12 se transforma en giberelinas tipo C19 mediante dos rutas, una que involucra la 13 hidroxilación temprana y otra donde no se hidroxila esa posición. En ambas vías hay descarboxilación y reacciones catalizadas por oxidasas de membrana y citosólicas. Todas las giberelinas descubiertas presentan el esqueleto hidrocarbonatado del gibano y tienen como mínimo un grupo carboxílico en el carbono siete, por tanto, se comportan como ácidos débiles que son solubles fácilmente en medio alcalino. La vía de síntesis de giberelinas puede ser dividida en tres etapas que ocurren en diferentes compartimientos celulares. Etapa 1: En los proplastidios se ocurren reacciones de ciclación donde isopentenil difosfato (IPP), proveniente de la vía del acido Mevalonico, es procesado para pasar  a geranil difosfato de 10 carbonos luego farnesil difosfato de 15 carbonos y por  último a geranilgeranil difosfato (GGPP) de 20 carbonos que es precursor de varios terpenoides de las plantas.   A partir de este punto, con el GGPP, esta vía se vuelve exclusiva de las giberelinas. El GGPP es ciclado para dar origen a ent-Kaureno ent-Kaureno (Ilustración 1), que es el precursor de todas las giberelinas. Etapa 2: El ent-Kaureno ent-Kaureno es llevado al retículo endoplasmatico donde ocurren una serie de reacciones de oxidación para llegar a GA 12-aldehido. Luego el GA 12 12-aldehido es oxidado para llegar a GA 12, la primera giberelina de esta vía y precursora de todas las otras.

Muchas giberelinas en las plantas son también hidroxiladas en el carbono 13 formando GA 53 desde GA 12. Etapa 3: En el citosol, Ga12 o GA 53 53, dependiendo del resultado anterior, es sucesivamente oxidada en el carbono 20 hasta llegar a las perdida del carbono 20 en forma de CO2 para obtener GA 20 en las plantas con el carbono 13 hidroxilado y GA 9 cuando no. En este punto algunas plantas hidroxilan el carbono 3 de la giberelina para producir GA 1 en la giberelina hidroxilada en el carbono 13 y GA 4 en la que no. El paso final es la inactivación de las giberelinas mediante la hidroxilación del carbono 2 pasando desde GA 4, GA 1, GA 9 y GA 20 a GA 34 GA 8, GA 51 y GA 59 20 34, 51 59 respectivamente [5]. El esquema completo de la biosíntesis de giberelinas desde GGPP se encuentra en la ilustración 5.   Algunas plantas a modo de reserva pueden glucosidar a las giberelinas en una reacción reversible, formando así  giberelinas inactivas las cuales pueden reactivar. Las giberelinas son sintetizadas principalmente en tejidos jóvenes como yemas en crecimiento, crecimiento, semillas inmaduras, entrenudos superiores superiores y también también en tejidos maduros como las hojas, aunque, en las hojas solo se realizan las dos últimas etapas de la biosíntesis debido a que la primera etapa puede ser realizada solo en proplastidios, los cuales las hojas maduras carecen. Una planta puede producir varias giberelinas, aunque no todas ellas sean activas. Se forman en ápices de tallos y raíces, en hojas jóvenes, partes florales, semillas inmaduras, embriones en germinación. En general las partes vegetativas contienen menos GA que las partes reproductivas, así las semillas inmaduras son ricas en GAs, aunque dichos 4

niveles disminuyen a medida que éstas maduran. Las giberelinas son transportadas apolarmente por el floema. Algunas se mueven libremente por la planta, pero en algunos casos, parecen estar muy localizadas. El desplazamiento de las giberelinas parece ser debido a un transporte meramente pasivo. Es frecuente el transporte de formas conjugadas inactivas o de intermediarios de la síntesis). La biosíntesis de giberelinas está regulada por distintos factores: Exógenos: Fotoperíodo: Aumentan giberelinas y se produce la floración (en plantas de día largo, que requieren una determinada duración de la noche para crecer). Temperatura: En determinadas especies, es necesario pasar una época fría para que se produzca la germinación o floración, esas bajas temperaturas inducen a la biosíntesis de GAs. Endógenos: Sistema de retroalimentación de las giberelinas: cuando la concentración de GAs es baja, se induce su síntesis, y cuando es alta la inhibe. Endogenos: Catabolismo: La hidroxilación del C2 es el proceso catabólico más importante (las GAs que presentan el OH en el C2 son inactivas). Conjugación: Suele producirse con glúcidos, generándose una forma inactiva, pero que sirve como reserva movilizable en caso de necesidad. Transporte: No polar  (fundamentalmente en el floema.

Efectos Fisiológicos

Las giberelinas y los mutantes enanos. Los resultados más manifiestos se observan cuando se aplican giberelinas a

algunas plantas con enanismo debido a un solo gen mutante (Ilustración 7). Tratadas con giberelina, tales plantas llegan a confundirse con las normales. Este efecto espectacular hace pensar que el resultado de la mutación, en términos bioquímicos, ha sido una pérdida de la capacidad de la planta para sintetizar sus propias giberelinas. En maíz, por ejemplo, se han identificado cuatro tipos de mutantes enanos, cada uno de ellos defectivo en una etapa específica de la ruta de biosíntesis de la giberelina.  Actualmente, estudios de la bioquímica de esta hormona en estos mutantes ha conducido a una importante conclusión.   Aunque las plantas de maíz contienen nueve compuestos diferentes que cumplen la definición operacional de giberelina (esto es, la producción de una respuesta fisiológica), sólo el producto final de la ruta causa efectos directamente. Las otras ocho "giberelinas" necesitan ser metabolizadas posteriormente antes de producir una respuesta fisiológica. El bioensayo común para estas hormonas consiste en probar sus efectos sobre plantas enanas; el gran crecimiento provocado en éstas por las giberelinas no puede ser logrado por la auxina o por  cualquier otra de las fitohormonas conocidas.

Las giberelinas y la inducción de la germinación en las semillas. Las semillas de la mayoría de las plantas precisan un período de letargo antes de que puedan germinar. En determinadas plantas, normalmente el letargo sólo puede ser interrumpido por la acción del frío o de la luz. En muchas especies, entre las que cabe incluir la lechuga, el tabaco, y las avenas espontáneas, las giberelinas pueden sustituir el factor que interrumpe el letargo, promoviendo así el crecimiento del embrión y la salida de la plántula. [4] 5

Específicamente, las giberelinas aumentan la elongación celular, haciendo posible que las raíces puedan atravesar las cubiertas de la semilla. [3] Este efecto de las giberelinas tiene, al menos, una aplicación práctica. El ácido giberélico acelera la germinación de las semillas y por ello asegura uniformidad en la producción de la malta de cebada usada en cervecería.

Las giberelinas y la modificación de la  juvenilidad. Los estadios juveniles de algunas plantas son diferentes de sus estadios adultos. Entre las dicotiledóneas anuales, el poroto (Phaseolus), cuyas hojas jóvenes son simples y las adultas compuestas (trifoliadas), suministra un buen ejemplo de tal heterofilia. Entre las perennes, muchas especies de Eucalyptus muestran sorprendentes diferencias entre sus hojas jóvenes y adultas (Ilustración 8). La hiedra (Hedera helix) es otro buen ejemplo de ello. Si se tiene ocasión de observar una hiedra sobre una pared, compárense las ramas superiores, adultas, con las inferiores; la forma de la hoja es diferente. Las ramas jóvenes emiten raíces con facilidad, las maduras no. Las ramas adultas florecen, las jóvenes no (Ilustración 9). Si se coge una rama adulta y se la priva del meristemo apical, las yemas axilares se desarrollarán y formarán nuevas ramas adultas. Sin embargo, si se aplica giberelina a una yema de este tipo, se convertirá en una rama joven típica.

Las giberelinas y la floración de plantas de día largo.   Algunas plantas, como las coles (Brassica oleracea, var. capitata), las zanahorias (Daucus carota), y la beleño (Hyoscyamus niger), de régimen bienal,

forman rosetas antes de florecer. (En una roseta se desarrollan las hojas pero no los entrenudos). En estas plantas la floración puede ser inducida por la llegada de los días largos, por el frío (caso de las bienales), o por ambos. Bajo el estímulo apropiado, los tallos se alargan -o espigany la planta florece. La aplicación de giberelina a algunas de estas plantas de día largo permite que se espiguen y florezcan sin necesidad de frío o de días largos (Ilustración 10). La elongación producida se debe tanto al incremento en el número de divisiones celulares en ciertas localizaciones como a la elongación de las células resultantes de dichas divisiones. Es por ello que las giberelinas pueden ser utilizadas para producir semillas tempranas en flores bienales. Tratando coles con ácido giberélico pueden obtenerse semillas después de sólo una estación de crecimiento.

Las giberelinas y el desarrollo del fruto. En cierto número de géneros de plantas, entre los que figuran los lirios, las lobelias, las petunias, y los guisantes, se ha demostrado que las giberelinas estimulan la germinación del polen y el crecimiento del tubo polínico.   Al igual que la auxina, las giberelinas pueden ocasionar el desarrollo de frutos partenocárpicos, como por ejemplo, manzanas, grosellas, pepinos, y berenjenas. En algunos frutos, como la mandarina, la almendra y el durazno, las giberelinas favorecen la partenocarpia, mientras que la auxina se muestra inefectiva. La principal aplicación de las giberelinas es, sin embargo, en la producción de uvas de mesa. En algunos países, se aplican anualmente grandes cantidades de ácido giberélico sobre ciertas variedades de uva (Vitis vinifera). Estos 6

tratamientos producen racimos llenos de uvas de mayor tamaño (Ilustración 11).

¿Cómo actúan las giberelinas? Las giberelinas incrementan tanto la división como la elongación celular, debido a que tras la aplicación de giberelinas se incrementa el número de células y la longitud de las mismas. En el caso de las auxinas, el debilitamiento de la pared celular, necesario para el alargamiento celular, está mediado en parte por la acidificación de la misma. Sin embargo, éste no parece ser el mecanismo de acción de las giberelinas. Las giberelinas pueden inducir el crecimiento a través de una alteración de la distribución de calcio en los tejidos. Los iones calcio inhiben el crecimiento de los hipocótilos de lechuga, y esta inhibición puede ser revertida por la aplicación de giberelina (GA3). Los estudios más importantes sobre el mecanismo de acción de las giberelinas  ─ y de las fitohormonas en general ─   ─  han sido llevados a cabo simultáneamente por  investigadores de Japón, Australia y Estados Unidos. Estos estudios, que fueron hechos sobre semillas de cebada, señalan la secuencia de cambios que ocurren en el embrión en vías de crecimiento y demuestran el papel principal desempeñado por la giberelina es esta secuencia. Además, suministran uno de los mejores ejemplos de cómo las hormonas integran la bioquímica y la fisiología de los diferentes tejidos de una planta. En las semillas de cebada (Hordeum vulgare) y de otras gramíneas hay una capa de células especializadas, la capa de aleurona, que está inmediatamente por  debajo del episperma. Estas células son ricas en proteína. Cuando las semillas empiezan a germinar  ─  tras la imbibición de  ─ tras agua ─ , el embrión desprende giberelina, según han puesto de manifiesto estos estudios. Por efecto de la giberelina, las células de aleurona producen enzimas hidrolíticos, de las cuales la principal es la

α-amilasa, que desdobla el almidón en azúcares (Ilustración 12). Las enzimas digieren las reservas nutritivas almacenadas en el endospermo amiláceo, que son entonces utilizables para el embrión, en forma de azúcares y aminoácidos, que son absorbidos por el escutelo y transportados a continuación hacia el embrión (Ilustración 13). De este modo, el embrión pide anticipadamente las sustancias necesarias para su propio crecimiento, las cuales estarán a su disposición en el momento que las necesite. Los investigadores creen que la giberelina activa ciertos genes que sintetizan moléculas de ARNm, las cuales, a su vez, se encargan de la síntesis de las enzimas. No ha sido demostrado que la giberelina actúe directamente sobre el gen, aunque los investigadores han demostrado que tanto la síntesis de RNA como la de proteínas son necesarias para la aparición de las enzimas. Por otro lado, no se conoce cuál pueda ser la relación entre el modo de actuación de la giberelina en estas semillas y sus efectos en otros órganos de la planta.

Las GAs son activas y producen respuesta a concentraciones extremadamente bajas. Tiene que haber un mecanismo eficaz para la percepción y transducción de la señal para que se produzca la respuesta. Las giberelinas incrementan tanto la división como la elongación celular (incrementa el número de células y la longitud de las mismas). Inducen el crecimiento a través de una alteración de la distribución de calcio en los tejidos. Las giberelinas activan genes que sintetizan ARNm, el cual favorece la síntesis de enzimas hidrolíticos, como la α-amilasa, que desdobla el almidón en azúcares, dando así alimento al organismo vegetal, y por tanto, haciendo que incremente su longitud. La aplicación comercial de hormonas en la agricultura está muy enfocado a promover crecimiento (vegetativo, frutos, 7

raíz), para lo cual las GA han sido los compuestos más comunes. La razón de ello es de que su efecto es rápido, consistente y de amplio espectro en cuanto a especies y/o órgano, además de ser accesible económicamente.

Aplicaciones Agropecuarias Germinación de semillas: La dormancia de las semillas está relacionada con cambios en las GA, estableciéndose que aumentan progresivamente en la medida que el órgano sale de esa condición y germina. En general la aplicación de GA a semillas adelanta y aumenta la cantidad de germinación; la mezcla con otras hormonas como citocininas favorece esos efectos. Crecimiento vegetativo: La estructura general de la planta en cuanto a tallo y hojas es crítica para una adecuada productividad; por ello es importante alcanzar a tener una masa vegetativa equilibrada que no compita con la masa reproductiva (excepto en los cultivos para follaje como alfalfa, lechuga, etc.). Las GA  tienen una función importante en esto, al estimular la división celular, pero más crítica es su acción en el proceso del alargamiento de las células formadas. Plantas que están en estrés no responderán muy bien al tratamiento y habrá que esperar a que salgan de esa condición para hacer la aplicación. Un tratamiento en cantidad excesiva de GA provoca entrenudos muy largos, tallos delgados hojas alargadas y delgadas, y una apariencia amarillenta del cultivo. Formación de flores: En ciertas especies que requieren de día largo o vernalización para formar flores, las GA promueven dicho proceso. En el resto de plantas se ha establecido que éstas hormonas inhiben la formación de las flores; en campo es común observar situaciones de excesiva suculencia (mucha síntesis de GA) y reducido número de flores. Aplicaciones excesivas de GA3 a frutales y muchas

hortalizas puede inhibir la aparición de flores, siendo un efecto a corto plazo.   Amarre de frutos: Las GA se han identificado como hormonas que internamente participan en este proceso, lo cual se ha comprobado por el efecto que tiene la aplicación de GA a varios cultivos; las distintas GA tienen efectividad diferente para amarrar fruto según la especie y variedad. En términos generales el efecto comercial del GA3 no ha sido consistente en regular el proceso, lo cual parece deberse a que las diferentes hormonas tienen que estar actuando equilibradamente a la vez. En algunos casos, altas dosis inducirán la caída de frutos. Crecimiento de fruto: El tejido carnoso de distintos frutos crece por división y alargamiento celular, en lo cual participan las GA junto con citocininas y auxinas. La aplicación de GA3 a uvas sin semilla es el mejor ejemplo del alcance de efecto de ésta hormona sobre el crecimiento de fruto lo mismo se ha observado en otros cultivos, pero en algunos casos la concentración ideal para estimular crecimiento de fruto es inhibidora para la formación de flores. La formulación con GA4+GA7 es utilizada en manzano junto con citocininas para mejorar  forma y tamaño final del fruto. En general el efecto de la aplicación de giberelinas para estimular el crecimiento de fruto es en la fase de división celular, encontrándose poca respuesta en la fase de alargamiento, aunque para este uso específico recientemente se ha demostrado que las citocininas (específicas) son tan efectivas como estas sin efectos secundarios negativos. Maduración: La presencia de GA en los tejidos mantiene su actividad en cuanto a presencia de clorofila, ausencia de enzimas degradativas de proteínas, ácido nucleídos, etc. Así, en la etapa de maduración de órganos cuando hay procesos degratativos diversos, la cantidad de GA presente es baja. La aplicación de GA3 en cítricos es comercial para retrasar madurez (color) y

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para reducir senescencia de cáscara, entre otros cultivos.

Efectos de las Giberelinas Explantes y Cultivos in Vitro

en

Los cultivos de tejidos vegetales pueden generalmente ser inducidos a crecer y diferenciarse sin giberelinas, pero GA 3 puede convertirse en un componente esencial de un medio con baja densidad celular [6]. Cuando se añade GA 3 a un medio de cultivo produce efectos de naturaleza similar a los de las auxinas. Con altas concentraciones de GA 3 (entre 1 a 8 ml/l) se puede inducir el crecimiento de células indiferenciadas de un callo [7] [8] [9] y pueden promover el crecimiento en conjunto de auxinas y bajas concentraciones de citoquininas. GA 3 también promueve el crecimiento de cultivos vegetales en suspensión. También se ha reportando que un cultivo de Solanum xanthocarpum puede verse inhibido por una concentración de 2mg/l de GA3 [10]

Morfogénesis Cuando se añade GA 3 a un medio de cultivo para tejido vegetal generalmente disminuye o previene la formación de raíces o brotes o embriones somáticos, además, en un tratamiento posterior al callo o a un explante con GA 3 o con la adición de GA 3 a un medio con auxinas y citoquininas en una concentración que normalmente promovería la morfogénesis, usualmente es inhibitorio. [8]

Formación de Tallos Adventicios En callos de Tabaco, GA 3 fue particularmente inhibitoria de la formación de tallos si estaba presente en la formación del meristema, y más represivo en la incubación oscura que en la en presencia

de luz [11]. Esa inhibición muestra ser no ser irreversible, pero si persistir por al menos dos subcultivos en medio libre de GA 3. En algunas especies el GA 3 solo, puede inducir la formación de brotes, por ejemplo desde un callo de Rhanunculus scleratus, scleratus, este compuesto puede actuar como reemplazo de las auxinas en la formación de brotes [12]; puede requerirse una precisa tasa de giberelinas/citoquininas en vez de auxinas/citoquinina.   Alternativamente, las giberelinas puede simplemente aumentar la cantidad de órganos formados, por ejemplo, el numero de brotes en formación de Rosa hybrida puede ser aumentada con la adición de 0.3-1mg/l de GA 3. [13]

Rizogénesis Normalmente el GA 3 inhibe la formación de raíces, y la aplicación local de relativamente altas concentraciones (110mg/l) de estos compuestos a la base de los cortes previene la formación de raíces [14] especialmente si aplican auxinas al mismo tiempo. Se encontró formación de raíces en cortes realizados en Ipomoea fistula si eran estimulados al sumergirlos en GA 3 antes de traspasarlos a un medio [15], GA 3 también promovió el enraizamiento de brotes de Coffea arabica cuando se aplico una solución de 25-50 mg/l directamente a los brotes. [16]

Embriogénesis embrión

y

desarrollo

del

  Aunque ocasionalmente se ha reportado como un promotor [17], GA 3 generalmente es reportado como un inhibidor de la formación de embriones somáticos [18] [19], además la adición de inhibidores de giberelinas han indicado un incremento en el número de embriones somáticos producidos en Citrus sinensis [20], además 9

GA 3 también mostro un efecto antagónico con ABA en estimulación de la embriogénesis. [21]

Usos en cultivos de brotes y tallos   Aunque GA  3 tiene a prevenir la formación de meristemas, raíces y tallos en cultivos, puede ayudar en el futuro crecimiento y desarrollo de órganos desarrollados. El crecimiento de tallos en meristemas y en cultivos de botes puede verse mejorado por la adición de GA 3 En cultivos de tallos la adición de giberelinas es en conjunto a citoquininas y auxinas, y generalmente hacer mayor efecto en casos donde las auxinas son inefectivas [22] Los tallos son ocasionalmente tratados con GA 3 para incrementar su largo antes del enraizamiento, también es utilizada en cultivos que fueron desarrollados en altos niveles de citoquininas con el consecuente aumento de tallos pequeños [13].

Otros usos Pueden usarse giberelinas en ciertas especies como la frutilla en casos en donde el uso de citoquininas rompe la dominancia apical y las giberelinas son capaces de restaurarla. También pueden usarse giberelinas luego de trasplantar leñosas hacia suelo y que entren en dormancia, la cual se rompe al aplicar GA 3, también se puede reemplazar  un tratamiento de frio para la formación de bulbos en Tulipa mediante la aplicación de GA 3

Antigiberelinas Como el GA 3 exógeno generalmente en inhibidor de el crecimiento y desarrollo in vitro, hay químicos capaces de bloquear la síntesis o la acción de giberelinas endógenas lo cual puede tener efectos

promotores en el desarrollo de cultivos donde los niveles de giberelinas están en niveles supra óptimos. El cloruro de cloromecuato (CCC) es frecuentemente usado como una antigiberelina, el CCC puede estimular la embriogénesis en especies como Citrus, Citrus, donde GA 3 inhibe [20] o en Rhanunculus  scleratus puede inhibir la formación de tallos donde las giberelinas lo promovían [13]

Conclusión Las Giberelinas están implicadas en variados fenómenos fisiológicos de las plantas entre los que se encuentran: Estas hormonas están implicadas en: Sustitución de las necesidades de frío o de día largo requeridas por  muchas especies para la floración. Inducción de la partenocarpia en algunas especies de frutales. Eliminación de la dormición que presentan las yemas y semillas de numerosas especies de vegetales. Retraso en la maduración de ciertos frutos, especialmente los cítricos. Inducción del alargamiento de los entrenudos en los tallos. Controlan el crecimiento y elongación de los tallos. Elongación del escapo floral, que en las plantas en roseta es inducido por el fotoperíodo de día largo. Estimulan germinación de numerosas especies, y en cereales movilizan reservas para crecimiento inicial de la plántula. Inducen formación de flores masculinas en plantas de especies diclinas. 

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  Además su efecto en explantes y callos es variado pero puede decirse que en un cultivo de tejidos GA3 generalmente se usa 10

para estimular la elongación de los tallos o la conversión de brotes a tallos. GA3 interfiere con la iniciación de brotes en las primeras etapas de la formación del meristema, y puede también reducir la formación de brotes in vitro si se aplica a cultivos de tejido vegetal en la etapa de iniciación. Similarmente GA3 generalmente reduce la formación de raíces y la embriogénesis in vitro.

[8]

[9]

[10]

Bibliografía [1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

http://www.science.org.au/sats2 004/helliwell.htm May 2004 “The biosynthesis of the plant hormone gibberellin” por el Dr  Chris Helliwell Lincoln Taiz & Eduardo Zeiger, 2002 “Plant Physiology” Physiology”, Third edition Rigoberto José Loaiza Ontaneda, 2004 Estimulación de la germinación del nance (Byrsonima crassifolia) con giberelinas y agua caliente, Tesis de pregrado  Adriana Espinosa Floresguerra, 2003, “Propagación sexual y conservación de semilla de polialtia (Polyalthia longifolia pendula)” pendula)” , Tesis de Pregrado Stephen G. Thomas and Peter  Hedden, 2006, “Gibberellin metabolism and signal transduction, Blackwell Publishing” Edwin F. George, Michael A. Hall, Geert-Jan De Klerk, 2008, Plant Propagation by Tissue Cultute, Springer  Schroeder C.A. & Spector C. 1957 Effect of gibberellic acid and indoleacetic acid on growth of excised fruit tissue. Science 126, 701-702.

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

Murashige T. 1964 Analysis of  the inhibition of organ formation in tobacco tissue culture by gibberellin. Physiol. Plant. 17, 636-643. Gautam V.K., Mittal A., Nanda K. & Gupta S.C. 1983 In vitro regeneration of plantlets from somatic explants of  Matthiola incana. incana. Plant Sci. Lett. 29, 2532. Engelke A.L., Hamzi H.Q. & Skoog F. 1973 Cytokiningibberellin regulation of shoot development and leaf  form in tobacco plantlets. Am. J. Bot. 60, 491-495. Robert N. Trigiano, Dennis J. Gray, 2006, Plant Development and Biotechnology CRC press S. Dutta Gupta, Yasuomi Ibaraki, 2007, Plant Tissue Culture Engineering, Springer    Valles M. & Boxus Ph. 1987a Micropropagation of several Rosa hybrida L. cultivars. Acta Hortic. 212, 611-617. Brian P.W. 1959 Effects of  gibberellins on plant growth and development. Biol. Rev. 34, 3784. Nanda K.K., Anand V.K. & Chibbar R.N. 1972 The promotive effect of gibberellic acid on the production of  adventitious roots on stem fistulata. cuttings of  Ipomoea fistulata. Planta 105, 360-363. Sondahl M.R., Nakamura T. & Sharp W.R. 1985 Propagation of coffee. pp 215-232 in Henke et al., (eds.) 1985 (q.v.). Lakshmi Sita G., Raghava Ram N.V. & Vaidyanathan C.S. 1979 Differentiation of embryoids and plantlets from shoot callus of  sandalwood. Plant Sci. Lett. 15, 265-270. 11

[18]

[19]

[20]

Fujimura T. & Komamine A. 1975 Effects of various growth regulators on the embryogenesis in a carrot cell suspensión culture. Plant Sci. Lett. 5, 359364. Tisserat B. & Murashige T. 1977c Repression of asexual embryogenesis in vitro by some plant growth regulators. In Vitro 13, 799-805. Rajasekaran K., Hein M.B. &   Vasil I.K. 1987 Endogenous abscisic acid and indole-3acetic acid and somatic embryogenesis in cultured leaf  explants of  Pennisetum purpureum Schum. Effects in

[21]

[22]

vivo of glyphosate, fluridone and paclobutrazol. Plant Physiol. 84, 47-51. Emons A.M.C., SamalloDroppers A. & Van Der Toorn C. 1993 The influence of  sucrose, mannitol, L-proline, abscisic acid and gibberellic acid on the maturation of  somatic embryos of  Zea   Zea mays L. from suspension cultures. J. Plant Physiol. 142, 597-604. De Fossard R.A. & De Fossard H. 1988 Micropropagation of  some members of the Myrtaceae. Acta Hortic. 227, 346-351.

Indice Introducción ................................................................................................................ 2 Desarrollo ................................................................................................................... 3 Descubrimiento de las Giberelinas ............................................................................. 3 Estructura, Biosíntesis y Regulación ............................................................................. 3 Efectos Fisiológicos ................................................................................................... 5 Las giberelinas y los mutantes enanos. .................................................................... 5 Las giberelinas y la inducción de la germinación ge rminación en las semillas. ........................... ............. .............. .... 5 Las giberelinas y la modificación de la juvenilidad. .................................................. 6 Las giberelinas y la floración de plantas de día largo................................................ largo................................................ 6 Las giberelinas y el desarrollo del fruto. .......................... ............ .............. .............. ........................... ............. .............. 6 ¿Cómo actúan las giberelinas? .............................................................................. 7 12

 Aplicaciones Agropecuarias ....................................................................................... 8 Efectos de las Giberelinas en Explantes y Cultivos in Vitro ............................................ 9 Morfogénesis ........................................................................................................ 9 Formación de Tallos Adventicios ............................................................................ 9 Rizogénesis ........................................................................................................... 9 Embriogénesis y desarrollo del embrión .................................................................. 9 Usos en cultivos de brotes y tallos ......................................................................... 10 Otros usos .......................................................................................................... 10   Antigiberelinas .................................................................................................... 10 Conclusión ................................................................................................................ 10 Bibliografía ................................................................................................................ 11 Indice ....................................................................................................................... 12   Anexos ...................................................................................................................... 14

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Anexos Ilustración 1 - Molecula de ent-Kaureno ...................................................................... 14 Ilustración 2 - Estructura principal de las Giberelinas .................................................... 14 Ilustración 3 - Ejemplo de Giberelina de 19 Carbonos (Acido Giberelico - GA 3) ............. ........... .. 14 Ilustración 4 - Ejemplo de Giberelina de 20 Carbonos (GA 12) .......................... ............ .............. .............. 15 Ilustración 5 - Biosíntesis de Giberelinas a partir de GGPP ............................................ 16 Ilustración 6 - Regulación de Giberelinas ..................................................................... 17 Ilustración 7 - Aspecto de plantas de Poroto (Phaseolus vulgaris) mutantes y normales .... 17 Ilustración 8 - Hojas juveniles (A) y maduras (B) de Eucalyptus globulus .......................... 18 Ilustración 9 - Diferentes morfología foliar de la hiedra (Hedera helix) . .............. ............ 18 Ilustración 10 -. ......................................................................................................... 19 Ilustración 11 - El efecto del ácido giberélico sobre el crecimiento de las uvas ................ 19 Ilustración 12 - La liberación de azúcar desde el endospermo puede ser inducida por el tratamiento con giberelinas (GA 3). .................................................................................... 20 Ilustración 13 - Acción del ácido giberélico (GA3) en semillas de cebada. .............. ....... 20

Ilustración 1 - Molécula de ent-Kaureno

Ilustración 2 - Estructura principal de las Giberelinas

Ilustración 3 - Ejemplo de Giberelina de 19 Carbonos (Acido Giberélico - GA 3)

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Ilustración 4 - Ejemplo de Giberelina de 20 Carbonos (GA 12)

Imagen 1 – En este imagen se ve un arrozal, y en el una plántula de arroz muy larga y doblada efecto de la enfermedad “Bakanae”

Imagen 2 – En esta imagen se ve un arrozal y se ven las plantas de arroz más altas de lo normal, mas amarillentas y sin desarrollo de semillas debido a la enfermedad “Bakanae”

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Ilustración 5 - Biosíntesis de Giberelinas a partir de GGPP

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Ilustración 6 - Regulación de Giberelinas

Ilustración 7 - Aspecto de plantas de Poroto (Phaseolus vulgaris) mutantes y normales. normales. (A) Mutante ultra-enano que no produce GAs. (B) Mutante enano que sólo produce GA20. (C) Planta normal que produce GA1. (D) Planta mutante enana a la que se añaden GAs exógenas

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Ilustración 8 - Hojas juveniles (A) y maduras (B) de Eucalyptus globulus, globulus, en las que se pueden apreciar las grandes diferencias que puede haber dentro de una misma especie. Las hojas juveniles son opuestas y más blandas que las otras. Su única capa de parénquima en empalizada está situada justo por debajo de la epidermis superior. Las hojas maduras son duras, se disponen en espiral sobre el tallo, y penden verticalmente. En las hojas maduras, tanto el haz como el envés están expuestas a la luz, y existe parénquima en empalizada en las 2 caras.

Ilustración 9 - Diferentes morfología foliar de la hiedra (Hedera helix) . (a) Forma juvenil. (b) Forma adulta

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Ilustración 10 - (A) Las coles, una planta de día largo, permanece como planta en roseta durante los días de tipo día corto y sólo espigará después de haber pasado por una época de días de tipo día largo. (B) Sin embargo, la aplicación exógena de giberelinas induce el espigamiento y la floración sin necesidad de haber sido estimulada naturalmente por días tipo día largo.

Ilustración 11 - El efecto del ácido giberélico sobre el crecimiento de las uvas Thompson Seedles, un cultivar de   Vitis vinifera. El racimo de la izquierda contiene uvas no tratadas, mientras que el de la derecha fue tratado con ácido giberélico.

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Ilustración 12 - La liberación de azúcar desde el endospermo puede ser inducida por el tratamiento con giberelinas (GA 3). Estos datos muestran que los azúcares sólo se producen cuando está presente la capa de aleurona. Esta es, de hecho, la fuente de la enzima α-amilasa que digiere el almidón almacenado en el endospermo.

Ilustración 13 - Acción del ácido giberélico (GA3) en semillas de cebada. Las giberelinas son sintetizadas (1) por el coleoptilo y el escutelo del embrión y liberadas en el endospermo (2); las giberelinas difunden hacia la capa de aleurona; (3) las células de la capa de aleurona son inducidas a sintetizar y segregar enzimas (a-amilasas y otras hidrolasas) en el endospermo amiláceo. (4) el almidón y otros polímeros son degradados a pequeñas moléculas; (5) los solutos liberados (monómeros) son transportados hacia el embrión donde son absorbidos y utilizados para el desarrollo del embrión.

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