semillas intro y demas
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE ASUNCIÓN
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AGRONÓMICA
CÁTEDRA: PRODUCCIÓN Y ANÁLISIS DE SEMILLAS
DEPARTAMENTO DE: PRODUCCIÓN AGRÍCOLA
INTEGRANTES: LIZ NATHALIA IBARRA DUARTEMARÍA DEL CARMEN LEIVA AYALALETICIA ANTONELLA MAGGI SALINASKAREN STEFANÍE MARTENS ACOSTA
Profesor: Dr. Ing. Agr. LÍDER AYALA AGUILERA
TITULO: MECANISMO BIOQUIMICO REVERSIVO DEL GLIFOSATO
EN LAS PLANTAS TRANSGENICAS
SAN LORENZO – PARAGUAY
ABRIL – 2012
MECANISMO BIOQUIMICO REVERSIVO DEL GLIFOSATO EN LAS PLANTAS TRANSGENICAS1
INTEGRANTES: LIZ NATHALIA IBARRA DUARTEMARÍA DEL CARMEN LEIVA AYALA
LETICIA ANTONELLA MAGGI SALINASKAREN STEFANIE MARTENS ACOSTA2
Profesor: Dr. Ing. Agr. LÍDER AYALA AGUILERA3
RESUMEN
El Glifosato es una molécula formada por una fracción de glicina y un radical aminofosfato unido como sustituyente de uno de los hidrógenos del grupo a-amino. El Glifosato mata las plantas porque inhibe la enzima 5-enolpiruvil-shiquimato-3-fosfato sintetasa (EPSPS), y en la ruta del ácido shikímico, que forma los siguientes aminoácidos aromáticos: fenilalanina, tirosina y triptófano, A partir del ácido shiquímico se producen productos aromáticos como ligninas, alcaloides, flavonoides, ácidos benzoicos y fitohormonas puesto que los aminoácidos sintetizados son precursores de estos compuestos secundarios. Por biotecnología, así como por mutaciones naturales esporádicas, se han desarrollado cultivos y malezas resistentes al glifosato. En el caso de los cultivos resistentes, los investigadores les han transferido de una bacteria del suelo un gen que codifica una enzima ESPS sintasa que no se enlaza al glifosato por tener una mínima diferencia en la cadena de aminoácidos en donde se sustituye alanita por glicina, pero que sin embargo mantiene la habilidad para enlazar al PEP. Los investigadores han tratado de producir plantas resistentes a glifosato sometiendo cultivos de células a niveles crecientes de concentración de este herbicida. Este procedimiento ha inducido cierto nivel de tolerancia; cuando las plantas son regeneradas de esas células somáticas, el nivel de tolerancia no es comercialmente aceptable. Las poblaciones de malezas se adaptan a la selección intensa ejercida por los herbicidas. Para que el desarrollo de la resistencia pueda prosperar es indispensable la variabilidad genética dentro de la población de interés. La probabilidad de que la población adquiera resistencia dependerá de la frecuencia de mutación, de las ventajas selectivas de los alelos o genes que confieren resistencia y del tamaño de la población.
Palabras Clave: Ácido shiquímico, inhibición, EPSP sintasa.
1 Trabajo Práctico presentado a la Cátedra de Producción y Análisis de Semillas. FCA – UNA 2 Alumnos del 8° Semestre, Orientación Producción Agrícola, CIA, FCA – [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected] 3 Prof. Dr. Ing. Agr. Docente del Dpto. de Producción Agrícola, CIA, FCA – UNA
INDICE
Pág.
1. Introducción 1
2. Revisión de Literatura 2
2.1 Herbicida Glifosato 2
2.2 Formula del glifosato 3
2.3 Tipos de inhibidores reversibles 3
2.4 Inhibidores de la síntesis de aminoácidos aromáticos 4
2.5 Resistencia a herbicidas 5
2.5.1 Modificación del sitio de acción 5
2.5.2 Detoxificación por metabolización 5
2.5.3 Reducción de absorción, transporte, aislamiento o secuestro 6
2.6 Resistencia al glifosato 6
2.7 Resistencia de la malezas 8
2.8 Productos con resistencia a glifosato 8
3. Conclusión 9
4. Referencias Bibliográficas 10
1. INTRODUCCION
El Glifosato constituye uno de los descubrimientos agroquímicos más
importantes de este siglo, siendo el herbicida de mayor uso en el mundo por ser
efectivo, seguro y por que permite su aplicación de diversas maneras. Este
principio activo, se vende generalmente como Roundup (fórmula comercial
producida por Monsanto), se aplica como herbicida en los cultivos convencionales
luego que las semillas han germinado (uso post-emergente) y antes de efectuar la
siembra (uso preemergente en cultivos de labranza reducida). No obstante, en los
cultivos transgénicos se aplica durante todo el ciclo de vida de la plantación. Actúa
en forma no selectiva, se absorbe a través de las hojas y luego es transportado hacia
otros sectores dando muerte a la planta.
El desarrollo de resistencia a cualquier herbicida involucra un proceso de
selección ligado al de variabilidad intraespecífica. Se asume que cualquier población
de malezas puede tener biotipos resistentes en baja frecuencia, debido a mutaciones
que ocurren naturalmente. La resistencia también puede ser inducida por técnicas de
ADN recombinante propuestas por la ingeniería genética o selección de variantes
resistentes obtenidas por cultivos de tejidos o mutagénesis.
El glifosato actúa inhibiendo la síntesis de aminoácidos aromáticos,
indispensables para la vida de la planta, mediante la inactivación de la enzima
EPSPS. Uno de los mecanismos para lograr resistencia es modificar el sitio de acción
del herbicida mediante la transgénesis, en donde una mínima sustitución de un
aminoácido por otro cambia la conformación de la enzima EPSPS, lo cual crea
insensibilidad al glifosato.
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2. REVISION DE LITERATURA
2.1 Herbicida Glifosato
El glifosato es el principio activo del herbicida Roundup (nombre comercial
de Monsanto). Fue desarrollado para la eliminación de hierbas y de arbustos, en
especial los perennes. Es un herbicida de amplio espectro, no selectivo y de acción
sistémica, altamente efectivo para matar cualquier tipo de planta en tratamientos de
post emergencia al follaje. No actúa sobre las semillas que existieran por debajo del
suelo y tampoco es absorbido por las raíces. En igualdad de condiciones también se
puede decir que no es de acción residual prolongada y que no es ni actúa como
herbicida esterilizante del suelo. Es muy soluble en agua y químicamente muy
estables, se adiciona la baja tensión de vapor, lo cual significa que no es volátil.
En caso de propagación de Roundup sobre una planta, provoca la
contaminación general del organismo, lo que provoca una necrosis de los tejidos
vegetales, que la conducen a la muerte.
Como producto protector de cultivos, constituye uno de los descubrimientos
agroquímicos más importantes de este siglo, siendo el herbicida de mayor uso en el
mundo por ser efectivo, seguro y por que permite su aplicación de diversas maneras.
En 1974 se introdujo en el mercado el herbicida Roundup, y 22 años después,
en 1996, se informó el primer caso de resistencia a glifosato en Lolium rigidum.
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2.2 Fórmula del Glifosato
El Glifosato es una molécula formada por una fracción de glicina y un radical
aminofosfato unido como sustituyente de uno de los hidrógenos del grupo amino.
Es una solución viscosa de color ambarino claro; pH 4,4 a 4,9; Gravedad
específica l,17; olor tenue a amina, tiene un peso molecular de 169,08 y un punto de
fusión de 2000 C.
2.3 Tipos de inhibidores reversibles
En la inhibición competitiva, el sustrato y el inhibidor no se pueden
unir a la misma enzima al mismo tiempo. Esto generalmente ocurre cuando el
inhibidor tiene afinidad por el sitio activo de una enzima en el que también se une el
sustrato; el sustrato y el inhibidor compiten para el acceso al sitio activo de la
enzima. Este tipo de inhibición se puede superar con concentraciones
suficientemente altas del sustrato, es decir, dejando fuera de competición al
inhibidor. Los inhibidores competitivos son a menudo similares en estructura al
sustrato verdadero.
En la inhibición mixta, el inhibidor se puede unir a la enzima al mismo
tiempo que el sustrato. Sin embargo, la unión del inhibidor afecta la unión del
sustrato, y viceversa. Este tipo de inhibición se puede reducir, pero no superar al
aumentar las concentraciones del sustrato. Aunque es posible que los inhibidores de
tipo mixto se unan en el sitio activo, este tipo de inhibición resulta generalmente de
un efecto alostérico donde el inhibidor se une a otro sitio que no es el sitio activo de
la enzima. La unión del inhibidor con el sitio alostérico cambia la conformación de la
enzima de modo que la afinidad del sustrato por el sitio activo se reduce.
La inhibición no competitiva es una forma de inhibición mixta donde la unión
del inhibidor con la enzima reduce su actividad pero no afecta la unión con el
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sustrato. Como resultado, el grado de inhibición depende solamente de la
concentración de inhibidor.
2.4 Inhibición de la Síntesis de Aminoácidos Aromáticos
Actúa inhibiendo la síntesis de aminoácidos aromáticos en la planta que son:
fenilalanina, tirosina y triptófano, además otros compuestos como ligninas,
alcaloides , ácidos benzoicos, Isoflavonas (fitohormonas), por ser un potente
inhibidor de la enzima 5 - enolpiruvilshikimato-3-fosfato sintaza o EPSPS, enzima
muy importante en la ruta metabólica del shikimato presente solo en bacterias,
hongos y plantas.
El gen que codifica para la producción de la EPSP sintasa se localiza en el
núcleo de la célula; sin embargo, el sitio de actividad de esta enzima, y donde tiene
lugar la ruta metabólica del shikimato, es el cloroplasto.
Ya en el cloroplasto, la EPSPS enlaza primero una molécula de shikimato-3-
fosfato (S3P), inmediatamente después una molécula de PEP se enlaza al sitio activo
de la enzima. La EPSPS cataliza entonces una reacción de condensación para
producir 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato. Queda claro que PEP no presenta afinidad
por EPSPS a menos que una molécula de S3P se enlace primero.
Las estructuras químicas del fosfoenolpiruvato (PEP) y del glifosato son muy
similares. El glifosato actúa como un inhibidor competitivo del PEP y se combina
mas fuertemente al complejo EPSP sintasa-S3P de lo que lo hace PEP (el substrato
natural).
Una gran diferencia entre PEP y glifosato es que la tasa de disociación del
complejo EPSP sintasa-S3P-glifosato es 2300 veces mas lenta que la tasa de
disociación de EPSP sintasa-S3P-PEP. Debido a esto, la enzima es virtualmente
inactivada, por lo que los aminoácidos aromáticos no pueden ser sintetizados. Esto es
lo que le da al glifosato su carácter herbicida.
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El glifosato puede también ser considerado como un inhibidor no
competitivo de la EPSP sintasa, con respecto a S3P, resultando una acumulación de
shikimato en concentraciones tóxicas. El glifosato se transporta simplásticamente
hacia los meristemas de la planta en crecimiento y, al actuar como inhibidor
competitivo de la EPSPS, resulta en la acumulación de shikimato y el bloqueo de la
síntesis de los aminoácidos aromáticos.
Existen además otros factores que contribuyen a la actividad herbicida del
glifosato. La ruta metabólica del shikimato es normalmente controlada por un
proceso conocido como inhibición por retroalimentación. En esta ruta metabolica, el
arogenato (uno de los productos de esta ruta) es un potente inhibidor de la primera
enzima dentro de la ruta metabolica del shikimato, 3-deoxi-D-arabino-heptolusonato-
7-fosfato sintasa (DAHP sintasa). La inhibición de EPSP sintasa por el glifosato
resulta en menores niveles de arogenato, lo que causa una alteración de la ruta
metabolica del shikimato debido a una mayor actividad de la DAHP sintasa.
2.5 Resistencia a herbicidas
2.5.1 Modificación del sitio de acción
O pérdida de afinidad por el sitio de acción. Cualquier modificación en la
estructura de la enzima (una o varias mutaciones en la secuencia de aminoácidos que
componen la molécula) puede resultar en una pérdida de afinidad del herbicida por
ésta, imposibilitando la unión efectiva de ambos e impidiendo así la inhibición del
proceso vital mediado por dicho sitio.
2.5.2 Detoxificación por metabolización
Según la cual, los biotipos o poblaciones resistentes degradan el herbicida a
metabolitos no fitotóxicos. La velocidad de degradación enzimática puede variar por
factores endógenos y exógenos, tales como el estadío de crecimiento de la planta y
las condiciones meteorológicas. Los procesos de detoxificación metabólica de
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herbicidas en tejidos vegetales pueden dividirse en tres fases: conversión,
conjugación y deposición.
2.5.3 Reducción de absorción, transporte, aislamiento o secuestro
Su objetivo es la reducción de herbicida en el sitio de acción. Una condición
esencial es que el herbicida llegue al sitio de acción en una concentración suficiente
como para que su efecto sea letal. La falta de movimiento del herbicida permitirá
reducir la concentración de éste en el sitio de acción, lo que le posibilitará a este
último mantenerse funcional. Estas bajas concentraciones pueden lograrse mediante
reducción de la penetración, absorción o translocación, o por la existencia de
fenómenos de secuestro a organelas metabólicamente inactivas.
2.6 Resistencia al Glifosato
A través de procesos biotecnológicos se han desarrollado cultivos
genéticamente modificados que son tolerantes a este herbicida.
Para el desarrollo de plantas transgénicas resistentes a glifosato se aisló el gen
que codifica una EPSPS resistente a glifosato de la cepa CP4 de Agrobacterium
tumefaciens (cp4 epsps). La enzima EPSP sintasa que proviene de esa bacteria
presenta una secuencia de aminoácidos ligeramente diferente a la EPSP sintasa de las
plantas. La diferencia en la secuencia de los aminoácidos evita que el glifosato pueda
unirse al complejo EPSP sintasa-S3P; sin embargo, permite que la enzima EPSP
sintasa catalice normalmente las reacciones de síntesis de aminoácidos aromáticos.
Por lo tanto, aquellas plantas que contienen la enzima EPSP sintasa de origen
bacteriano pueden ser asperjadas con glifosato sin que su absorción afecte la
actividad de esta enzima resistente. Es decir, dichas plantas conservan su capacidad
para seguir sintetizando los aminoácidos necesarios para su crecimiento y desarrollo.
Debido a que las bacterias del suelo no presentan cloroplastos, el gen para la
enzima EPSP sintasa bacteriana no incluye la secuencia de ADN que codifica para el
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péptido de transporte. El péptido de transporte es requerido para que esta enzima sea
transportada hacia el cloroplasto, lugar donde se localiza la ruta metabólica del
shikimato. Por medio de modificaciones moleculares, la secuencia para el péptido de
transporte de la planta ha sido añadido a la EPSP sintasa bacteriana. Este gen
rediseñado ha sido insertado en cultivos como soya, remolacha azucarera y canola, lo
que les confiere tolerancia al glifosato a nivel de campo.
Los investigadores han tratado de producir plantas resistentes a glifosato
sometiendo cultivos de células a niveles crecientes de concentración de este
herbicida. Este procedimiento ha inducido cierto nivel de tolerancia; sin embargo,
cuando las plantas son regeneradas de esas células somáticas, el nivel de tolerancia
no es comercialmente aceptable. Este tipo de presión de selección ha resultado en la
obtención de células que presentan copias múltiples del gen para la EPSP sintasa, lo
que deriva en mayores niveles de la enzima en el cloroplasto. Sin embargo, la enzima
sigue siendo inhibida por el glifosato, por lo que el cultivo presenta un desarrollo
anormal. En otros estudios, utilizando mutantes de EPSP sintasa encontrados en
plantas de petunia, se descubrió una enzima que no permite el enlace con el glifosato.
Sin embargo, la actividad enzimática también fue reducida debido a una capacidad
limitada para enlazar el substrato natural PEP. Estas dificultades que se presentaron
al tratar de generar cultivos resistentes al glifosato llevaron a la creencia de que el
desarrollo natural de resistencia a este herbicida en campo era muy poco probable
que ocurriera.
También pueden ocurrir mutaciones en la EPSPS, que tornan a la enzima
insensible al glifosato. La unión de este herbicida a la enzima nativa bloquea su
actividad e impide el transporte del complejo EPSPSshikimato 3-fosfato al
cloroplasto. La enzima producida por el gen mutado (epsps*) tiene una menor
afinidad por el glifosato y es catalíticamente activa en presencia del herbicida.
Efectivamente, se ha confirmado en varias especies que variaciones puntuales en la
secuencia de nucleótidos que codifican para la EPSPS confieren resistencia al
glifosato. Así en Eleusine indica y Lollium rigidum se verificó que la sustitución del
aminoácido de posición 106 genera resistencia a glifosato.
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2.7 Resistencia de las malezas
Las poblaciones de malezas se adaptan a la selección intensa ejercida por los
herbicidas, cuestión que dificulta un control adecuado. Para que el desarrollo de la
resistencia pueda prosperar es indispensable la variabilidad genética dentro de la
población de interés. La probabilidad de que la población adquiera resistencia
dependerá de la frecuencia de mutación, de las ventajas selectivas de los alelos o
genes que confieren resistencia y del tamaño de la población. Por otro lado, la
hibridación interespecífica, que promueve la diversidad genética y la evolución del
genoma, es un proceso que puede facilitar la evolución y adaptación de genes
resistentes y favorecer la diversidad de semillas de las especies resistentes. Entre las
especies cultivadas y las malezas hay flujo génico y transferencia de genes que
confieren resistencia al herbicida.
2.8 Productos con resistencia a glifosato
Soja: promotor 2x35S / secuencia codificante cp4 epsps (1996).
Canola: Promotor FMV (Figwort mosaic virus) / secuencia codificante cp4
epsps y promotor FMV / secuencia codificante gox (1996).
Algodón: promotor FMV / secuencia codificante cp4 epsps (versión sintética
con optimización de uso de codones; 1997).
Maíz: promotor de actina 1 de arroz / secuencia codificante cp4 epsps y
promotor 2x35S / secuencia codificante cp4 epsps (2001).
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3. CONCLUSION
La revalorización de acciones de monitoreo de los cultivos que permita un
seguimiento y evaluación del cambio en la riqueza específica de un campo, con
especial referencia a las malezas, más un conocimiento adecuado de los herbicidas en
el marco de prácticas agrícolas que tengan en cuenta los métodos de prevención de
resistencia, dan el lugar a toma de decisiones convenientes. Para esto último es
necesario el intercambio interdisciplinario y la capacitación del productor. En otras
palabras, un conocimiento riguroso de la ecología de las malezas, el modo de acción
de los herbicidas y los mecanismos de resistencias constituyen un buen trípode para
generar buenos controles.
También en el riesgo latente de cruzamientos entre especies compatibles
genéticamente, correspondientes a ambientes agrícolas y naturales, y la diseminación
de híbridos en el ambiente. Se debe actuar prudentemente ante la aparición
espontánea o introducida de especies modificadas.
Finalmente, es necesario poner énfasis en los problemas locales y las
condiciones en que éstos se desarrollan. Si el modelo actual no se modifica y se
continúa con el mismo nivel de presión de selección sobre las poblaciones y
comunidades de malezas, es altamente probable que se manifiesten más casos de
resistencia.
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4. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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