El reconocimiento de la bacteria a través de las moléculas asociadas a su estructura (PAMPs por sus siglas en inglés) por receptores específicos de la membrana celular de la planta, desencadena diversas respuestas moleculares y bioquímicas en la célula vegetal, que tienen un impacto en la inmunidad innata de la planta. La producción de especies reactivas de oxígeno (EROs) como el peróxido de hidrógeno (H2O2) y el anión radical superóxido (O2.-) son parte fundamental en la defensa de la planta en contra de patógenos como Pst. La producción de EROs es el resultado de la actividad de diferentes enzimas, como las peroxidasas de clase III de la pared celular, la enzima RBOH, las amina oxidasas dependientes de cobre (DAOs) y las poliamina oxidasas dependientes de flavina (PAOs), entre otras (Camejo et al., 2016; Kámán-Tóth et al., 2019).

Las poliaminas (PAs) son aminas alifáticas de bajo peso molecular, con importantes funciones moleculares y fisiológicas. En las plantas, las PAs participan en la regulación del crecimiento, el desarrollo y la respuesta al estrés de tipo biótico y abiótico (Tiburcio et al., 2014). Las principales PAs son la diamina putrescina (Put), la triamina espermidina (Spd) y las tetraaminas espermina (Spm) y termospermina (tSpm). Los niveles de acumulación celulares de PAs están estrechamente regulados mediante su biosíntesis, catabolismo, conjugación a ácidos hidroxicinámicos y transporte (Baron & Stasolla, 2008). Los miembros de las familias multienzimáticas DAO y PAO, son responsables del catabolismo de las PAs, cada enzima tiene afinidad específica por cada poliamina.

En Arabidopsis, las DAOs se localizan en el espacio extracelular y en los peroxisomas, y participan en la oxidación de Put y Spd, produciendo aminoaldehídos, amoníaco y H2O2 (Planas-Portell et al., 2013). Las PAOs oxidan a las PAs superiores como Spd, Spm y tSpm, por catabolismo terminal, o a través de catabolismo de retroconversión. El catabolismo terminal de Spd y Spm implica la oxidación del carbono en el lado-endo del nitrógeno N4, con la producción concomitante de aminoaldehídos, 1,3-diaminopropano (1,3-Dap) y H2O2. En el catabolismo de PAs por retroconversión, se oxida el carbono del lado-exo del nitrógeno N4 de Spd y Spm produciendo Put y Spd, respectivamente, junto con 1,3-Dap y H2O2 (Moschou & Roubelakis-Angelakis, 2013; Moschou, Sanmartin, et al., 2008).

En A. thaliana se han identificado cinco genes que codifican para PAOs. AtPAO1 y AtPAO5 se localizan en el citosol, mientras que AtPAO2, AtPAO3 y AtPAO4 son enzimas peroxisomales (Bordenave et al., 2019; Takahashi et al., 2010). En Arabidopsis se han identificado diez genes que codifican para proteínas RBOH. La enzima RBOH, es una enzima transmembranal y está implicada en la producción de O2.-, el cual dismuta a H2O2 espontáneamente o a través de la acción de la enzima superóxido dismutasa (SOD) (Liu & He, 2016). Las enzimas AtRBOHD y AtRBOHF son importantes para la producción de EROs en respuesta al ataque de patógenos y para desencadenar la señalización que tiene como objetivo generar una muerte celular programada.

Durante la interacción Arabidopsis-Pst, se produce de forma rápida EROs como efecto de la respuesta inmune mediada por PAMPs la cual desencadena la activación de diferentes cinasas como las cinasas de proteína activadas por mitógeno (por sus siglas en inglés MAPK). Esta producción primaria depende principalmente de la activación de AtRBOHD, lo que tiene un efecto en el cierre estomático, la biosíntesis de lignina y la deposición de callosa, como mecanismo de defensa para evitar que el patógeno prolifere (Liu & He, 2016). Derivado del catabolismo de PAs se genera como producto el H2O2, el cual se ha demostrado que es importante en la defensa de la planta ante el ataque de patógenos. La inhibición de la actividad PAO por el compuesto 1,19-bis(etilamino)-5,10,15-triazanonadecano (SL-11061), tuvo como efecto una mayor susceptibilidad de Arabidopsis a la infección por Pseudomonas viridiflava (Gonzalez et al., 2011).

Por lo tanto, se sugirió que la defensa de la planta depende del aumento de los niveles de H2O2 derivados de la oxidación de Spm, lo que implica que el catabolismo de PAs es un componente esencial de la respuesta de defensa (Gonzalez et al., 2011). En este trabajo se analizó el rol de los genes AtPAO1 y AtPAO2 en la interacción Arabidopsis-Pst. Se analizaron los perfiles de expresión de los cinco genes AtPAO encontrando que la expresión de los genes AtPAO1 y AtPAO2 se encuentra aumentada en las hojas de plántulas de Arabidopsis de tres semanas de edad infectadas con Pst a las 24 hpi. La regulación transcripcional de los genes PAO se ha observado en diferentes tipos de interacciones planta-patógeno. Este estudio, se enfoca en la importancia de la expresión de los genes PAO en respuesta al estrés biótico, en particular en el análisis de los genes AtPAO1 y AtPAO2 en la interacción hemibiotrófica Arabidopsis-Pst. Además, se determinó la actividad PAO, encontrando cambios en las plántulas de A. thaliana (Col-0) infectadas con Pst. A las 24 hpi se detectó una disminución en la actividad de oxidación de Spm y posteriormente, un incremento de la oxidación de esta PA a las 48 hpi.

Por otro lado, al analizar los niveles de PAs, se observó un aumento en los niveles de Put en plántulas de A. thaliana infectadas con Pst, sin embargo no se encontraron diferencias significativas en el contenido de PAs superiores (Spd y Spm). Por lo tanto, de acuerdo a los resultados antes mencionados se sugiere que el aumento de la actividad PAO a las 48 hpi en plántulas de Arabidopsis infectadas con Pst, puede ser responsable del incremento de Put en los tejidos infectados a través del catabolismo de retroconversión. A partir de a los resultados obtenidos respecto a la expresión de los genes AtPAO, se decidió analizar a las líneas mutantes Atpao1-1, Atpao2-1 y una línea doble mutante Atpao1-1 x Atpao2-1. Se analizó primero las Unidades Formadoras de Colonias (UFC) para determinar la susceptibilidad o resistencia hacia Pst. En tanto, se encontró una mayor susceptibilidad en la línea doble mutante Atpao1-1 x Atpao2-1, y sorprendentemente, la línea mutante Atpao1-1 mostró resistencia a Pst. Acorde al fenotipo de infección observado en las líneas mutantes, se decició medir los niveles de EROs, debido a que el H2O2 es uno de los productos derivados del catabolismo de PAs. Por otro lado, también se decidió analizar la actividad enzimática de RBOH, catalasa (CAT) y SOD en las líneas mutantes infectadas y no infectadas por Pst.

Los resultados mostraron que la actividad enzimática RBOH se incrementó en las líneas mutantes con y sin infección respecto al ecotipo silvestre. También se observó que las actividades CAT y SOD aumentaron en la línea mutante Atpao1-1 durante la interacción con Pst. Además, se analizaron los cambios en los niveles de expresión de los genes AtRBOHD, AtRBOHF, y de los genes AtPRX33 y AtPRX34, los cuales codifican para peroxidasas de pared, en las líneas mutantes en interacción con Pst. Se observó principalmente el aumento de la expresión de estos cuatro genes en la línea mutante sencilla Atpao1-1 a las 72 hpi. Los resultados obtenidos sugieren que las alteraciones en el catabolismo de PAs afectan los niveles de EROs y las actividades de las enzimas RBOH y CAT, por lo tanto, la defensa de la planta se compromete, sugiriendo un vínculo entre el catabolismo de PAs (principalmente de la Spm) y otras enzimas implicadas en la homeostasis de las EROs. De lo anterior se propone un modelo para la participación del catabolismo de PAs en la interacción Arabidopsis-Pst.

En primer lugar, la percepción de Pst por parte de los receptores de la planta conduce a la activación de enzimas (RBOH) y vías de señalización mediadas por MAPK que inducen la producción de EROs, la expresión de genes de defensa y la síntesis de moléculas de respuesta a patógenos. Los genes AtPAO1 y AtPAO2 se expresan en respuesta a Pst, por lo tanto, su expresión es importante ante la infección, seguramente contribuyendo a una mayor oxidación de PAs en el citoplasma (AtPAO1) y en el peroxisoma (AtPAO2) mediante el catabolismo terminal o catabolismo de retroconversión. Ambas vías catabólicas conducen a la producción de H2O2; por lo tanto, la actividad PAO podría tener un impacto diferencial en la expresión génica y en las respuestas de defensa dependiendo del sitio intracelular donde se genere el H2O2. Por otra parte, la hipótesis propuesta es que las enzimas PAO podrían contribuir a aumentar los niveles de Put a través del catabolismo de retroconversión de Spm.

La acumulación de Put ha sido reportada en la interacción Arabidopsis-Pst, y puede lograrse por biosíntesis de novo, así como por excreción bacteriana de Put durante la colonización de la planta. En el caso de las líneas mutantes Atpao, los niveles de Put se encuentran aumentados. La disminución de la oxidación de PAs en citoplasma y peroxisoma en las líneas mutantes Atpao1-1 y Atpao2-1 afecta al contenido de EROs. En particular, la producción de O2.- derivada de la actividad de la RBOH, y la consiguiente producción de H2O2. Por lo tanto, se propone que la oxidación intracelular de Spm por PAOs puede regular negativamente la actividad de RBOH en las plántulas WT, por un mecanismo desconocido que podría implicar la señalización de H2O2.

http://repositorioinstitucional.uaslp.mx/xmlui/handle/i/7414

Al evaluar el efecto de las poliaminas en la germinación puede observarse una adecuada armonía entre la parte apical y radical del embrión desarrollado, así como un cambio de coloración tornándose verde, siendo más intenso hacia la parte apical. Numerosas investigaciones en los últimos años han puesto especial atención al efecto de la aplicación de poliaminas sobre la fotosíntesis. Demostraron que pueden entrar rápidamente al cloroplasto intacto, lo que permite inferir que pudieran estar involucradas en alguna actividad protectora en el aparato fotosintético. Hay pruebas sustanciales concernientes al papel de las poliaminas en los cloroplastos.

LAS POLIAMINAS RETRASAN EL INICIO DEL ENVEJECIMIENTO DEL CULTIVO, IMPULSO MÁS VIDA PRODUCTIVA.

La acumulación de poliaminas superiores está relacionada con el estrés salino prolongado, debido a que su concentración se eleva durante condiciones de estrés por sales, debe ser una auto-protección como resultado de un desequilibrio de Na+ y K+. Es importante destacar que las poliaminas pueden modular actividades del canal de iones en las membranas a través de la unión directa a proteínas, unidas a éstas la membrana con actividad quinasa y/o fosfatasa para regular las actividades de estos canales. Con frecuencia se han reportado alteraciones fenotípicas relacionadas en los niveles de poliaminas, entre ellas: clorosis, necrosis y la inhibición del crecimiento en plantas. Las altas concentraciones de Spd, Spm y Put se asocian a la salinidad. En plantas glicofitas, como Lotus, se evaluó el contenido de poliaminas en estrés salino a largo plazo y su asociación con un soluto compatible (la prolina). Los resultados mostraron un mayor contenido de PAs; sin embargo, hay disminución de Spd libre y un aumento de Spm libre; no obstante, los niveles de PAs no siempre son proporcionales a la acumulación de prolina. La falta de agua, es uno de los más importantes factores ambientales que regulan el crecimiento de las plantas, desarrollo, y el límite de producción vegetal. Han indicado que, variando los niveles de agua, promoviendo estrés en plántulas de soya, se demostró que la aplicación exógena de Put, Spd, Spm reduce efectos negativos causados por estrés hídrico.

Las poliaminas están implicadas en procesos biológicos tales como capacidad antioxidante, regulación de la apertura estomática y como osmoregulador. Finalmente, estos compuestos naturales pueden favorecer significativamente la capacidad de tolerancia-resistencia de las plantas ante condiciones adversas que pueden alterar su estabilidad-homeóstasis, por lo que se sugiere continuar con investigaciones que permitan sugerir alternativas de sobrevivencia para cultivos altamente sensibles.

https://www.intagri.com/articulos/nutricion-vegetal/poliaminas-en-la-bioestimulacion-de-cultivos

http://www.scielo.org.mx/pdf/rcsh/v20n3/v20n3a4.pdf

http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1027-152X2014000300004

La glicina betaína es químicamente hablando una amina cuaternaria. Un compuesto no iónico que sintetizan las plantas como respuesta adaptativa a situaciones de déficit hídrico, produciendo un efecto osmoprotector a nivel celular. Se denomina efecto osmoprotector, a una serie de respuestas que ponen en marcha las plantas cuando se ven sometidas a un estrés hídrico para protegerse de la deshidratación.

Existen dos tipos de glicina betaina: de origen natural y de síntesis. La de origen natural procede de extractos de maleza de remolacha, es un tubérculo de gran riqueza en esta sustancia y es un producto con gran compatibilidad biológica con la glicina betaína que sintetizan las plantas y que está admitida en agricultura ecológica y no da ningún problema en tratamientos foliares. La glicina betaína se enmarca dentro de los productos de bioestimulantes agrícolas. Se pueden aplicar tanto en el riego como por pulverización foliar, siendo las dos formas igual de válidas. Hay que tener presente que la nutrición foliar es una herramienta muy útil en momentos específicos de los cultivos. La glicina betaina sirve a ala planta para equilibrar el balance hídrico celular.

La glicina betaina aporta un ahorro energético en la nutrición vegetal y nos garantiza una respuesta a estrés provocados por temperaturas altas o bajas, salinidad, etc.  La glicina-betaína es un compuesto que se encuentra presente en bacterias, cianobacterias, algas, animales y varias familias de plantas. Lo anterior ha motivado la obtención, síntesis y aplicación exógena de este compuesto a cultivos agrícolas bajo condiciones de estrés. Efectivamente diferentes pruebas, tanto en laboratorio como en campo han comprobado que la aplicación exógena de la glicina betaína ayuda a los vegetales a tolerar condiciones salinas, ya que protege a las células de la deshidratación. La glicina betaína mantiene la actividad fotosintética aumentando la conductancia estomática y manteniendo la actividad de la Rubisco y la estabilidad de los cloroplastos. También las diversas investigaciones proponen que existe una relación entre la glicina betaína con nutrientes o fitohormonas, interactuando juntos para conferir la tolerancia de la planta al estrés abiótico.

Gracias a la aportación de la Glicina betaína, la velocidad de reacción de la planta será más eficiente, permitiéndole una mayor capacidad para realizar la fotosíntesis, garantizando una mejor realización de todos los procesos bioquímicos que se producen a nivel celular. Esto tiene como consecuencias entre otros efectos:

Un mejor desarrollo y calidad de polen en momentos de condiciones ambientales adversas.

Una mejora en la absorción de nutrientes porque la planta puede tener durante más tiempo abiertos sus estomas sin temor a la deshidratación, favoreciendo la entrada de nutrientes en la planta, mejorando la producción y la calidad de los frutos tratados con Glicina betaína.

Con la aplicación sobre el cultivo, al estar la planta preparada para superar el estrés abiótico, las células de la planta no verán disminuida su turgencia, ni la tasa fotosintética se verá afectada de la misma forma que en plantas que no hayan sido tratadas con una fuente exógena de Glicina betaína. Sus beneficios serán visibles en las diferentes fases fenológicas del cultivo:

-Una mayor viabilidad de polen que favorece un aumento en el número de frutos cuajados.

-Una mejora en cuanto a calibre.

-Un “llenado de frutos” como consecuencia de una mejor tasa fotosintética en los cloroplastos.

Bibliografía

https://www.elhuertourbano.net/abonos/glicina-betaina/

http://www.bioestimulantesagricolas.net/glicina-betaina/

https://www.intagri.com/articulos/nutricion-vegetal/la-glicina-betaina-como-bioestimulante-ante-el-estres-salino

https://aefa-agronutrientes.org/glicina-betaina#:~:text=La%20Glicina%20beta%C3%ADna%20es%20qu%C3%ADmicamente,efecto%20osmoprotector%20a%20nivel%20celular.

Algunos de los efectos de las bajas temperaturas es que sufren cambios bioquímicos y biofísicos de las membranas, en la síntesis proteica, enzimas, ultraestructura de mitocondrias y cloroplastos, metabolismo fotsointético y respiratorio,  además de disminuir el crecimiento y desarrollo.

La membrana celular es una bicapa lipídica que delimita todas las células, regula la entrada y salida de muchas sustancias entre el citoplasma y el medio extra celular, comienzan a endurecerse por efecto del frío provocando que sea menos permeable, impidiendo la entrada de agua y nutrientes. Se reduce la asimilación de sustancias nitrogenadas y se hace lenta la síntesis de proteínas, afecta la asimilación de potasio y fósforo.

Algunas soluciones para el manejo de deshidratación celular por frío son el uso de:

Alcoholes polihídricos: elevan la resistencia al frío.

Polisacáridos: para darle reservas energéticas y estructurales.

Glicina betaína: amina cuaternaria, compuesto no iónico que sintetizan las plantas como respuesta al déficit hídrico, genera ahorro energético a la planta y garantiza una óptima respuesta cuando aparece el estrés provocado por temperaturas extremas.

Poliaminas: contiene putrescina, espermidina y espermina, debido a su naturaleza policatiónica pueden unirse y estabilizar polímeros ricos.

Fuentes

Snyder, R.;Melo, A.JP. 2004 Protección contra las heladas:Fundamentos, Práctica y Economía. Organización de las Naciones unidas para la agricultura y la Alimentación (FAO) Roma, italia. 257 p.

Glicina betaína