TEMA 1 : INTRODUCCIÓN A LA FISIOPATOLOGÍA VEGETAL

¿Qué es la Fitopatología? ¿Qué campos o áreas estudia?

• La Fitopatología o Patología Vegetal es la ciencia que estudia las enfermedades de las plantas. El campo de estudio de la fitopatología es amplio y comprende varias áreas:

• Etiología : estudio de la naturaleza y causas de la enfermedad (saber cual es el agente causal)

• Patogénesis: estudio de la enfermedad como un fenómeno que afecta a individuos (conocemos el agente causal y la planta ala que afecta)

• Epidemiología : estudio de la enfermedad como un fenómeno que afecta a poblaciones (estudia los distintos parámetros ambientales que afectan a la planta).

• Control : estudio de los métodos para controlar la enfermedad (se basa en las anteriores áreas : obtención de plantas resistentes, desarrollo de pesticidas, de métodos de biocontrol, control integrado).

• La Fitopatología Vegetal: es la rama de la Fitopatología que estudia los aspectos fisiológicos de las enfermedades de las plantas.

¿Qué es una enfermedad? ¿y una plaga? ¿y una fisiopatía? ¿y un patógeno?

• Definición aceptada por el Comité de Terminología de la APS: “Disfunción de un proceso de la planta que supone efectos deletéreos para ésta, que es causada por la acción continuada de un factor o factores y que tiene como resultado la manifestación de síntomas.

• Definición más antropocéntrica: “Alteración fisiológica o anormalidad estructural deletérea para una planta, o para cualquiera de sus partes o productos o que reduce su valor económico.

• Plaga: organismos animales (artrópodos, insectos?) que ocasionan daños puntuales en los vegetales, como por ejemplo la langosta. Enfermedad infecciosa: un organismo vivo (patógeno) que invade la planta y la coloniza, se puede transmitir de un individuo a otro (es un factor biótico el agente causante de la enfermedad).

• Fisiopatía: es un factor abiótico el agente causante de la enfermedad, por ejemplo temperaturas extremas, luz intensa, exceso de abonado ...

• Patógeno: cualquier organismo vivo capaz de causar infección en una planta (los herbívoros sólo se consideran si su acción es muy continuada).

¿Qué es el triángulo de la enfermedad?

Los patógenos siempre necesitan completar su ciclo vital en la planta, aunque pueden aislarse, en la mayoría de los casos son organismos parásitos que causan daños en la planta.

La planta que es colonizada por el patógeno se denomina huésped (host).

En la enfermedad además de huésped y patógeno interviene también un medio ambiente favorable.

Estos factores se representan habitualmente como el “triángulo de la enfermedad”.

Algunos autores incluyen un cuarto factor, el tiempo, obteniendo una figura tridimensional, un esquema en pirámide. Este esquema permite representar además el concepto de epidemia.

• Enfermedad : patógeno, huésped, medio ambiente favorable

• Epidemia: patógeno, huésped, medio ambiente favorable y tiempo

Explica el siguiente esquema :

Siguiendo dos autores holandeses y la terminología basándose en el triángulo de la enfermedad tenemos :

• Grado de invasión:

• Agresividad: mayor o menor capacidad del patógeno para colonizar una planta

• Resistencia: capacidad de la planta para evitar la invasión por el patógeno

• Susceptibilidad: opuesto a la resistencia

Generalmente hay una gradación tanto en la agresividad del patógeno (poco o mucho) como en la resistencia de la planta (normalmente la planta es moderadamente resistente)

• Intensidad de los síntomas:

• Virulencia: mayor o menor capacidad del patógeno, para provocar la expresión de síntomas en la planta

• Tolerancia: capacidad de la planta para evitar la expresión de síntomas (daños causados por el patógeno)

• Sensibilidad: antónimo del anterior (incapacidad de la planta para evitar la expresión de síntomas)

• La suma de ambos:

• Patogenicidad: capacidad del patógeno para causar enfermedad

• Vulnerabilidad: mayor o menor incapacidad de la planta para evitar la enfermedad.

Hay que tener en cuenta que no es lo mismo la invasión que la producción de daños, ya que las estrategias que se aplican son diferentes.

Para que se desarrolle la enfermedad, es necesario: el patógeno tiene que ser agresivo y virulento y la planta susceptible y sensible. Por ejemplo, en el caso de Rhizobium en leguminosas existe invasión y colonización, pero no síntomas, ya que es una simbiosis.

¿Interacción compatible/incompatible?

Una interacción compatible es aquella en que un patógeno invade una planta y le causa enfermedad, en caso de que no cause enfermedad se habla de interacción incompatible.

Lo habitual es la interacción compatible, donde el grado de resistencia de la planta es variable. En la naturaleza lo habitual es que no haya enfermedad, ni siquiera un intento de invasión.

• Síntomas: daños causados por el patógeno en la planta y que son observables. Respuestas de la planta a la enfermedad que reflejan el daño causado por el patógeno.

• Signos: estructuras del patógeno visibles (más o menos) en la planta enferma. Por ejemplo hongos que crecen sobre los árboles serán las setas o carpóforos (también micelios, esporas... )

Cita una planta y un patógeno como modelos en el estudio de la interacción planta-patógeno. Explica las razones por las que son útiles como modelos.

• La mayoría de trabajos de investigación en fitopatología se realizan en Arabidopsis thaliana. Debido a sus ventajas:

• Es pequeña (se pueden tener muchos individuos)

• Ciclo muy corto (6 semanas)

• Produce muchas semillas en el ciclo (10.000)

• Tiene un genoma relativamente pequeño, compacto y se ha secuenciado completamente.

• Hay unos protocolos sencillos que permiten obtener plantas transgénicas

• Existen una gran cantidad de mutantes que están bien caracterizados (lo que permite conocer las funciones de los genes y las proteínas implicadas)

• Es capaz de autofecundarse, facilitando la obtención de líneas puras.

* Desventajas:

• No es muy vulnerable a los patógenos, debiendo modificar las condiciones ambientales, realizar cortes antes de la inoculación...

• No es fácil trasladar los conocimientos obtenidos en Arabidopsis a otras plantas, se ha visto que en plantas cultivadas a pesar de haber gran parecido la defensa no es igual...

• Como patógenos:

• Phytophtora infestans

• Botrytis cinerea

• Cladosporium fulvum

• Magnaporthe grisea

¿Por qué es necesario estudiar la interacción planta-patógeno? ¿Qué utilidad práctica tiene?

El estudio de la interacción planta-patógeno va a implicar diferentes aspectos:

• Estudios de los medios del patógeno para invadir la planta y causarle daños que se traducen en la aparición de síntomas.

• Estudio de los mecanismos de la planta para evitar la invasión por el patógeno y para evitar los daños que esa invasión conlleva.

El estudio de la interacción planta-patógeno se realiza por:

• Métodos clásicos: consiste en la demostración de los postulados de Koch: asilar el patógeno y obtener un cultivo puro, inocular las plantas y determinar la aparición de síntomas (a simple vista o por inspección microscópica a nivel de tejidos)

• Métodos modernos: uso de plantas cultivadas in vitro que permite la propagación y plantas transgénicas; métodos de técnicas moleculares a nivel de proteínas, ADN y ARN; microscopía electrónica; simulación por ordenador, que permite simular la infección del patógeno por la planta, predecir la aparición de epidemias conociendo las condiciones ambientales.

• ¿Por qué es necesario el control de enfermedades y plagas?

• La población mundial crece : del control depende la obtención de alimentos y materias primas

• La tierra disponible para el cultivo es limitada

• Muchas prácticas de la agricultura moderna aumentan el potencial destructivo de las enfermedades y plagas:

* Monocultivo continuado: si aparece una plaga o enfermedad para la cual es vulnerable destruirá el cultivo. Además, siempre se planta la misma variedad de forma que si el patógeno cambia y la planta pierde la resistencia se produce la pérdida del cultivo, esto puede evitarse plantando distintas variedades.

La plantación de la misma variedad año tras año, si se da una pequeña infección, el material vegetal que queda en el terreno actúa de inóculo, de tal forma que esto aumenta año tras año, puede darse el caso que al final tenga lugar una infección que no podemos controlar. Esto se evita cambiando de cultivo.

TEMA 2: LOS AGENTES CAUSALES DE LA ENFERMEDAD

¿Podrías explicar los tipos de patógenos de las plantas según su estrategia? Explica en qué consiste la estrategia patogénica de cada tipo.

Se considera patógeno a cualquier organismo capaz de causar enfermedad. Produce enfermedades infecciosas y tienen capacidad de diseminar la enfermedad.

Patogénesis: fenómeno por el cual el patógeno puede causar enfermedad.

Los patógenos siguen tres estrategias para causar enfermedad:

• Patógenos necrótrofos: Son patógenos que invaden la planta y crecen en los espacios intercelulares. Producen gran cantidad de enzimas citolíticas (toxinas, enzimas hidrolíticas que degradan la pared celular de las células vegetales) que atacan la planta. Su objetivo es alimentarse de los metabolitos contenidos en las células del tejido muerto, por ello producen la muerte de las células desde el principio de la infección. Muchos de ellos pueden vivir como saprofitos, pero a diferencia de los necrótrofos no son capaces de invadir el tejido vivo.

Su rango de huéspedes es muy amplio. Son oportunistas, aprovechan la debilidad de la planta o heridas para infectarla. También atacan especialmente a plantas jóvenes, viejas o debilitadas en general.

Son fáciles de aislar y de mantener en cultivos especiales (MDA, salsa de tomate, verduras machacadas...)

Ejemplo: Botrytis cinerea que causa podredumbre

• Patógenos biótrofos: Invaden la planta, pero no la matan inmediatamente, porque dependen de su metabolismo para su desarrollo. Mantienen un contacto intracelular íntimo, poseen una estructura que entra en la célula alimentándose de ella, los haustorios. En estadíos muy avanzados producen la muerte, pero su objetivo es alimentarse de tejido vivo.

El rango de huéspedes es más estrecho, porque están especializados en desarrollar esas estructuras de contacto. Para aislarlos se cultivan en líneas celulares (in vitro) o en la planta huésped, lo cual es muy difícil (es habitual que se produzcan contaminaciones). Ejemplo: Pseudomonas sp.

• Patógenos hemibiótrofos: en un principio se comportan como biótrofos y no causan muchos daños a la planta y posteriormente en su ciclo de vida cambian de estrategia comportándose como necrótrofos causando graves daños a la planta.

Ejemplo: Colletotrichum, en primer lugar se alimenta del huésped mediante haustorios y luego emite unos segundos haustorios que directamente matan a la planta.

Ejemplo: Phytophtora infestans (ataca a la patata)

Es necesario realizar estrategias preventivas, ya que una vez que se manifiestan los síntomas, es muy difícil tratar la enfermedad.

¿Podrías indicar los grupos de organismos patógenos de las plantas?

• Virus y viroides

• Procariotas: bacterias y molliculites

• Hongos y “pseudohongos”

• Nematodos

• Plantas parásitas

¿Cuáles son los tres retos básicos que afrontan los virus al invadir una planta?

Los virus no tienen la capacidad de ataca la planta por sí mismos, no pueden degradar la cutícula o la epidermis. Necesitan otros organismos que les faciliten la entrada, vectores como por ejemplo insectos, nematodos, el hombre.

Una vez que el virus entra en la plantan tiene tres objetivos fundamentales:

• Replicarse

• Moverse por el resto de la planta , bien célula a célula por los plasmodesmos o a través del tejido vascular (el floema, llegan a través de los plasmodesmos)

• Suprimir las defensas de la planta huésped

¿Cómo se produce el movimiento de los virus en la planta?

Los virus se mueven de una célula a otra a través de plasmodesmos adyacentes (canales que comunican las células pudiendo considerarse el tejido un simplasto). Las plantas tienen mecanismos que les permiten abrir los plasmodesmos y los virus han mimetizado esta función creando sus proteínas que permiten el paso de los virus de una célula a otra.

• Los virus RNA monocatenario (mosaico del tabaco) sinteiza una proteínas de movimiento (MPs) que aumentan el tamaño del poro del plasmodesmo, siendo un efecto transitorio.

• Los virus RNA bicatenario modifican de forma permanente la estructura del plasmodesmo, el desmotúbulo adquiere una forma de túbulo alrgado que permite el paso del virus.

Hay distintos modelos para explicar el movimiento por el plasmodesmo. Para que tenga lugar el tránsito a través del plasmodesmo el RNA tiene que desempaquetarse, hay dos formas:

• El vRNA se desempaqueta ayudado por las MPs y atraviesa el plasmodesmo.

• Unos implican proteínas endógenas de la planta (proteína receptora y proteína de unión al virus). Luego la proteína de unión junto al virus se unen a la proteína de movimiento, facilitando la entrada del virus. Este modelo es más complicado y se basa en el transporte de RNAs por la planta)

Posteriormente tiene lugar la descarga en el floema de los virus junto con los nutrientes, aprovechándolo para su diseminación y llegando a todas las células.

Explica el silenciamiento génico postranscripcional y su relación con los virus fitopatógenos.

Las plantas además de otros mecanismos de defensa posee el silenciamiento génico postranscripcional. La planta posee un sistema de reconocimiento del RNA bicatenario (pequeños fragmentos) y un complejo RNAasa que se une a esos pequeños fragmentos y forma complejos SiRNP muy importantes, porque permiten degradar directamente el DNA viral. No sólo se degrada el monocatenario, sino que ahora también el bicatenario.

Este mecanismo , en el resto de las células de la planta degrada el DNA vírico. El SiRNP-complejo metila el RNA y así, se silencia la transcripción.

Los virus han desarrollado sistemas para evitar este silenciamiento, a través de genes que codifican para proteínas que actúan sobre los agentes del mecanismo de silenciamiento inactivándolos.

En el caso de RNA, cuando se sintetiza el RNAm en exceso se degrada (ya que podría ser perjudicial), pequeños fragmentos de RNA se unen al RNAm marcándolo para su degradación. Este mecanismo también se utiliza en el caso de RNA exógenos, de tal forma que cuando un virus comienza su replicación, la planta puede evitar que continúe la infección por este mecanismo de silenciamiento.

¿Cómo entran las bacterias en la planta? ¿y los hongos?

• Bacterias: en general, las bacterias no son capaces de infectar directamente las plantas, sino que se sirven de vectores o de aberturas naturales ( estomas, hidatodos o lenticelas y también heridas). Se sospecha que pueden tener cierta capacidad de penetración directa a través de enzimas hidrolíticos de la pared o ejerciendo alguna presión hidrostática (como los hongos). En general una vez dentro, no van a colonizar las células sino los espacios intercelulares, lo cual no quiere decir que las células no mueran, ya que las bacterias producen también otros metabolitos (toxinas) que van a contribuir a que las células de la planta se mueran, (también forman gran cantidad de polisacáridos extracelulares que si llegan al floema destruirían los poros causan problemas para mantener el estatus hídrico, con la consecuente marchitez)

• Hongos: Son capaces de realizar penetración directa, ya que poseen distintos mecanismos : enzimas hidrolíticos y mecanismos de penetración mecánica. También aprovechan heridas o aberturas en los órganos de la planta.

7. Explica la siguiente figura:

En Pseudomonas aeruginosa infecta plantas de Arabidopsis y a ratones?. Tiene un cluster, en el que hay distintos genes que participan en la infección de ambos. Esto se ha comprobado con experimentos de mutaciones en dichos genes.

En el genoma de bacterias existe el clúster HRP, es muy similar al necesario en bacterias patógenas de animales para que cause enfermedad.

Cuando alguno de los genes está mutado varía el grado de virulencia de la bacteria y su poder de colonización en plantas y ratones.

Los distintos componentes:

• plc S : enzima hidrolítica

• tox A: toxina

• gac A: regulador transcripcional

Indica algunos síntomas causados en las plantas por las enfermedades bacterianas

• Manchas: atacan al fruto u hojas

• Podredumbres blancas: por ejemplo en frutos

• Marchitamientos vasculares, se obstruye el xilema. Ejemplo: el fuego bacteriano, causa marchitez de las ramas de los árboles, que caracteriza por un aspecto de sequedad, su evolución es rápida.

• Hiperplasias o tumores. Ejemplo: tumor de vello (Agrobacterium tumefaciens) se forma una masa de tejido no diferenciado que suele atacar la parte más basal de los tallos.

¿Qué son los pseudohongos o fungal-like-organisms? ¿A qué reino(s) pertenecen?

• Los pseudohongos son taxonómicamente diferentes a los hongos verdaderos, pero cuyas características como patógenos son similares, por eso se estudian juntos. Comparten los mecanismos de infección, presentando en la mayoría de los casos un crecimiento micelial. Son los mixomicetes (Protista), Oomicetes (Protista?)

Define hifa y micelio

• El crecimiento vegetativo de la mayoría de hongos se produce por hifas, filamentos con crecimiento apical y con una ramificación ordenada. Al conjunto de hifas (red de hifas) es lo que se conoce como micelio, que va a suponer para el hongo una amplia superficie de captura de alimento

¿Cuál es la diferencia entre oosporas y zigosporas? ¿y entre conidiosporas y esporangiosporas?

• Oosporas: esporas sexuales (se producen por meiosis) diploides, formadas por fusión de dos gametos de distinta morfología. Estas están formadas por fusión de dos esporangios (anteridio y oogonio)

• Zigosporas: esporas sexuales (se producen por meiosis) diploides. Están formadas por la fusión de gametos de igual morfología, isogametos

• Conidiosporas: tipo de espora asexual que se forman exógenamente en unas hifas especiales, los conidióforos (conidios)

• Esporangiosporas: esporas asexuales que se forman dentro del esporangio (célula especializada) y liberadas por un poro del mismo o por degradación de la pared. Cuando son móviles se llaman zoosporas.

¿Cómo se forma una estructura sincitial multinucleada o sincitio? ¿Qué tipo de patógeno la produce?

• Los forman los nematodos (y dentro de ellos los endoparásitos sedentarios) formadores de quistes.

• Penetran en la raíz y van al cilindro vascular. A lo largo del camino echan su estilete hacia las células y las dañan. En el cilindro vascular pinchan una célula inicial y le inyectan una serie de sustancias con el estilete, que provocan un aumento en la actividad metabólica, provocando cambios en su citosol. También consiguen que se vayan disolviendo parcialmente las paredes de la célula inicial y las que la rodean, de modo que aumentan las conexiones simplásticas entre ellas. Al final, hay una fusión de protoplastos de la célula inicial y de las que la rodean, generando una estructura multicelular y multinuclear que es lo que llamamos sincitio o estructura sincitial multinucleada.

¿Cuál es la función de una célula gigante? ¿Qué tipo de nematodos las produce?

• Las producen nematodos formadores de nódulos

• Penetran en la raíz y se dirigen hacia el ápice (base) y una vez allí entran en el xilema y ascienden por la raíz hasta llegar a una zona de diferenciación, una vez allí escogen una célula inicial para iniciar el desarrollo de lo que será su sitio de alimentación permanente. En el recorrido se mueven intercelularmente sin causar grandes daños a las células. Una vez en ese punto hacen que se produzca división celular en esa célula, sin que se produzca citocinesis (segregando alguna sustancia para ello). Al final se produce una célula de gran tamaño multinucleada, por eso se llama célula gigante. Las células que hay a su alrededor se hinchan y dan lugar al nódulo La zona donde está el nematodo es un sumidero de nutrientes, el quiste está unido al cilindro vascular.

Tanto los nematodos formadores de quistes como los formadores de nódulos tienen en común que la zona de alimentación permanente es una masa multinucleada y esta zona siempre está junto al floema (toma los fotosintatos de la planta), porque tiene mayor probabilidad de obtener nutrientes.

¿Cuáles son las diferencias entre una planta hemiparásita y una holoparásita?

• Hemiparásitas: son capaces de realizar la fotosíntesis, porque tienen clorofila. Toman agua y nutrientes minerales de la planta huésped, por lo que la infección va dirigida hacia el xilema (infección normal en árboles). Son autótrofas. Ejemplo el muérdago

• Holoparásitas: no fotosintetizan, carecen de clorofila, han perdido los genes implicados. Dependen de la planta huésped de la cual toman los fotosintatos, los van a extraer del floema. Son heterótrofas. Ejemplos: cuscuta (forma haustorios en el tallo de la planta huésped) y Orobanche sp. (forman nódulos en la raíz de la planta huésped)

¿Qué dos grupos de insectos herbívoros distinguimos? ¿En qué se diferencian?

• Masticadores: disponen de mandíbula y comen directamente los tejidos de la planta, produciendo daños visibles (saltamontes, langostas, escarabajo de la patata)

• Chupadores: disponen de un aparato chupador o picador, el estilete les permite llegar a los vasos del floema y chupar el líquido (fluido floemático). Los daños iniciales no son tan aparentes como los anteriores, pero a largo plazo debilitan a la planta, una vez que está infestada (pulgones, mariposas, chinches...). Son posibles vectores de introducción de enfermedades.

TEMA 3 : DISPERSIÓN DE LOS PATÓGENOS E INTERACCIÓN INICIAL CON LA PLANTA HUÉSPED

¿Cuáles son las formas en que se dispersan los patógenos?

• Activa: pueden dispersarse a distancias cortas por los propios medios del patógeno. Por ejemplo: nematodos que se mueven hacia las raíces, zoosporas de hongos que recorren pequeñas distancias

• Pasiva: normalmente van a usar una serie de agentes ambientales como agentes de dispersión : agua, aire, viento,... o también por organismos vivos como animales. El más importante es el aire, en concreto el viento porque dispersa gran cantidad de patógenos. Los insectos son vectores de distintos patógenos. El agua puede ser el de lluvia, del suelo o el de riego. El hombre también es un vector de dispersión por la distinta manipulación de las plantas.

¿Qué vías pueden utilizar los patógenos para entrar en la planta? De esas vías, ¿cuáles son utilizadas por las bacterias?

• Penetración directa: el patógeno debe atravesar la cutícula. En hongos puede darse la penetración directa (desarrollando estos sistemas de infección) de dos formas: mediante apresorios (estructuras hinchadas de hifas que facilitan la penetración) o por clavijas de infección (hifa más fina de lo normal que se clava y penetra en el huésped).

• Penetración a través de heridas: producidas por herbívoros en los tejidos de la planta, caída de frutos, roces entre plantas debido al crecimiento

• Penetración a través de aberturas naturales como estomas, hidatodos o lenticelas. Las bacterias van a aprovechar las heridas.

* Los nematodos pueden penetrar directamente o aprovechando heridas. Las plantas patógenas entran directamente por haustorios.

¿Qué representa la siguiente figura? Complétala y di a qué tipo de patógeno corresponde.

Es un haustorio: hifas modificadas que penetran en la célula huésped, aumentando la superficie de contacto con ésta y penetra la célula para la alimentación. Los producen hongos y plantas patógenas.

• Célula madre del haustorio: constituye una hifa más o menos modificada

• Cuello del haustorio: parte estrecha que entra en la célula

• Cuerpo del haustorio: zona más hinchada que determina el aumento de la superficie de contacto

* Dentro del haustoriio:

• Membrana extrahaustorial: proviene de la membrana plasmática de la planta huésped, su estructura se modifica (no se rompe) ya que es más gruesa que la membrana plasmática, más rica en carbohidratos y no presenta ATPasas.

• Matriz extrahaustorial: se piensa que es secretada por la célula huésped

• Pared haustorial: se corresponde con la pared del hongo

• Membrana haustorial: membrana correspondiente al tubo, membrana del hongo

• Cuello: collar (depósito de calosa en la base del cuello y producido por el huésped) y banda de cuello (no aparece siempre, anillo de material denso a los electrones, se supone que aísla la matriz extrahaustorial de la pared del huésped y del apoplasto).

Interpreta la siguiente figura, sabiendo que en la parte B se ha teñido el RNA con bromuro de etidio y que la parte C es un Northern blot del mismo gen hibridado con HXT1.

En la membrana hasutorial se expresan mucho transportadores de hexosa como el HXT1. este gen se expresa única y exclusivamente en el haustorio (no en el huésped y el resto de la estructura del hongo). Se observa que los tránscritos están presentes en el haustorio y en la planta infectada.

Mdiante técnicas de microscopía se comprobó que estaba en los bordes de los haustorios (parte exterior), analizándolo con más detalle se observa que sólo está en la membrana del haustorio la proteína codificada por el gen.

Representación esquemática de la estructura de infección del moho

Tinción del RNA con bromuro de etidio en gel de agarosa

Northern blot del gen de B

¿Cómo tendría lugar el transporte de nutrientes de la planta huésped al haustorio? Haz un esquema

Si suministramos azúcares marcados a un haustorio aislado penetran. En la membrana haustorial hay ATPasas y tiene un control bajo del transporte, ha perdido funcionalidad. La membrana haustorial sí puede transportar solutos. No hay transporte del haustorio a la célula huésped. Se ha podido comprobar que en el haustorio se expresan distintos genes para el transporte activo y el metabolismo que consume los fotosintatos de la célula huésped. Hay una mayor transcripción de los genes THI1 y THI2, precisos para el metabolismo de la tiamina.

Se ha propuesto un modelo:

• ATPasas bombean protones desde el interior a la matriz

• Provoca un gradiente que es utilizado por los transportadores de hexosas para realizar un simporte desde la matriz hasta el citoplasma haustorial.

En la membrana haustorial hay: ATPasas, transportadores de aminoácidos y transportadores de hexosas.

En el floema hay sacarosa como azúcar principal. Una invertasa producida por el hongo se secreta a la matriz extrahaustorial. En la matriz la invertasa produce la transformación de sacarosa en glucosa y fructosa, que entran en el haustorio por transporte activo (ATPasa que produce un gradiente de protones). Dentro del haustorio actúa una hexitol deshidrogenasa, que convierte la glucosa y fructosa en manitol, sorbitol y trealosa, que son los componentes de reserva más importantes del hongo.

El transporte de aminoácidos sigue un patrón semejante. Aunque los azúcares no vuelven a salir del haustorio, sí hay un cierto movimiento de metabolitos del haustorio al huésped (no hay transporte activo, pero sí difusión de moléculas)

¿Cuáles son las funciones de la adhesión del patógeno al huésped?

• Evitar que un agente de dispersión se lleve al patógeno (agua, viento...) una vez depositado.

• Permite una unión más larga en el tiempo y un intercambio se señales (sustancias) entre el patógeno y el huésped.

¿Qué son las hidrofobinas y cómo funcionan?

• Proteínas secretadas por los hongos que permiten la adhesión al huésped. Permiten un primer intercambio de señales y también que el hongo desarrolle hifas aéreas (implicadas en distintos procesos fisiológicos de los hongos: adhesión, intercambio de señales con el huésped y desarrollo de estructuras aéreas)

• Cuando las hidrofobinas se encuentran en gran número se autoensamblan formando una interfaz hidrofílica- hidrofóbica. Son capaces de reconvertir la carga de una superficie, si era hidrofílica pasa a ser hidrofóbica y viceversa.

* En el caso de estructuras aéreas: las hifas son hidrófilas (están en el agua) cuando salen del agua secretan hidrofobinas en la superficie del agua, la hifa crece siendo rodeada por hidrofobinas y teniendo una superficie hidrófoba, más útil para reducir la pérdida de agua.

* En el caso de la adhesión al huésped: la cutícula suele ser hidrófoba, la hifa produce hidrofobinas y la parte hidrófila queda unida al patógeno y la hidrófoba se fija a la superficie del huésped, quedando el patógeno adherido.

Cita los mecanismos de adhesión que conozcas

• Adhesión por hidrofobinas

• Adhesión por mucílagos: sustancias de distinta naturaleza (glicoproteínas, lípidos, polisacáridos) que permiten al hongo adherirse mediante interacciones iónicas o uniones a receptores o lecitinas -adhesinas- (proteínas que reconocen y ligan carbohidratos con gran especificidad)

• Adhesión por cutinasas: degradan la cutícula y dejan entrar al hongo, forman fragmentos (producto de la degradación) con capacidad cementante y facilitan la unión.

Explica la diferencia entre adhesión pasiva y activa

• Pasiva: se produce sin intercambio se señales, no requiere la síntesis de ningún componente nuevo (ya disponen de ellos, por ejemplo esporas que secretan mucílagos cuando las condiciones ambientales son propicias, producen una adhesión inmediata)

• Activa: necesitan alguna señal del huésped para secretar sustancias adherentes y unirse, por ejemplo Colletotrychum que requiere la síntesis de una sustancia y al cabo de 20 minutos se adhiere ( se puede inhibir la adhesión deteniendo el Aparato de Golgi)

¿Cómo responden algunos hongos causantes de royas a la superficie foliar de las gramíneas? ¿Por qué responden así?

• Señales físicas

• Muchos patógenos de gramíneas producen tubos de infección perpendiculares a las hileras de células presentes en las hojas, para entrar por los estomas (creciendo así hay mayor probabilidad de encontrar estomas). Una vez encontrado el estoma penetran en la planta.

• Experimentos con réplicas sintéticas (superficie artificial) se ve que reconoce el tamaño y anchura de la cresta (la distancia entre dos crestas). La variación en la anchura y altura provoca el desarrollo de apresorios.También detecta la presencia del estoma y su altura respecto a la superficie foliar. Cuando llegan al estoma paran de crecer y desarrollan los haustorios.

Cita 5 señales químicas de las plantas a las que pueden responder los hongos patógenos

• Constituyentes de las ceras

• Componentes de la cutícula o sus productos de degradación (monómeros de cutina por acción de la cutinasa)

• Estimulación por iones Ca++,

• Componentes fenólicos como los flavonoides

• Etileno (en algunos frutos produce su maduración)

¿Qué son las integrinas?

Todas estas señales deben ser captadas por receptores del patógeno. En mamíferos hay una familia de receptores, las integrinas, que son proteínas heterodiméricas transmembranares, que actúan como receptores en la superficie del patógeno. Hay distintos genes que codifican para cada subunidad, lo que hace que existan muchas combinaciones. Esto permite que puedan recibir una determinada señal, las integrinas detectan proteínas extracelulares que tienen la secuencia arg-gly-asp.

Explica la tabla siguiente

Describe los conocimientos actuales de cómo se produce la percepción del huésped y la transducción de la señal en Magnaporthe grisea. Haz un esquema

Inicialmente se pensaba que la percepción se producía por la expresión de un gen, cuyo producto le permitía el desarrollo. Las hidrofobinas además de permitir la formación de la superfcie hidrófoba también deben participar en la señalización. Hay datos que marcan la disponibilidad de nutrientes y la Mpg1 (hidrofobina).

¿Cuál es el receptor del huésped? Hay varios, (sólo se pudo aislar éste) uno es el PTH11, que codifica para una proteína membranosa, que responde a la presencia de superficies duras e hidrófobas. Su ausencia no imposibilita al hongo de la formación de apresorios, por lo que debe haber otros receptores que aún no se han descrito. Se cree que se trata de una proteína transmembranal (transmite la señal a una proteína multimérica), concretamente a su subunidad  (ver proteína heterodimérica en transducción de señal), se piensa que es la proteína MagB la que transduce la señal (su subunidad alfa).

Las mutaciones para estas proteínas (MagB y PTH11) son reversibles si se les añade AMPc (por una adenilato ciclasa, se aisló MAC1).

Existe otra proteína, la SUM1que reprime otra proteína. La mutación en ella revierte las mutaciones anteriores, es decir, que los pasos anteriores inhiben SUM1. Inhibe la acción de proteínas quinasas, una de las cuales es una proteína quinasaA (CpkA) dependiente de AMPc. Se desconoce el proceso, pero lleva a la formación de apresorios en respuesta a una superficie hidrofóbica.

Además de esta ruta existirían otras dos rutas en las que intervienen cascadas de quinasas. Son independientes de todo lo anterior. También habrá un factor transcripcional MST12, relacionado con la ruta donde está PMK1.

Con el conocimiento de todo el proceso se podrían desarrollar inhibidores para evitar la infección de patógenos, como hongos en este caso.

TEMA 4 : PENETRACIÓN Y COLONIZACIÓN DE LA PLANTA POR EL PATÓGENO: mecanismos físicos y bioquímicos

¿Qué es un apresorio? ¿Cómo se genera la fuerza mecánica de penetración en los apresorios?

• Apresorio: estructura hinchada con paredes engrosadas, que le permiten al hongo penetrar en la planta.

• El hongo suele presentar melanina en sus apresorios. En una gota de agua se deposita una espora, capta la superficie y germina, forma el tubo de germinación y finalmente se forma el apresorio. A partir de ahí, forma la clavija de infección, que perfora la superficie de la planta.

Para penetrar en la cutícula la fuerza generada debe ser muy grande. Para ejercer esa presión, el apresorio debe estar muy adherido a la superficie, para lo que usa mucílagos (polisacáridos muy fuertes, sino está bien pegado saltaría al hacer fuerza).

La presión se produce por un gran aumento en la presión de turgencia del apresorio. Este aumento se produce por acumulación de glicerol en el apresorio, gracias al metabolismo de lípidos y glucógeno. Lípidos: degradación del triacilglicerol por la triacilglicerol lipasa y la degradación de ácidos grasos en la -oxidación.Glucógeno: degradación del glucógeno (presente en el hongo, no de la planta) para dar dihidroxiacetona 3P y gliceraldehido.

Ejemplo en Magnaporthe: un primer aumento de glicerol no sirve para aumentar la presión, sino para la síntesis de membrana del tubo de germinación en crecimiento. Luego hay un segundo aumento, que es el que permite aumentar la fuerza mecánica, porque entra agua en el apresorio y produce el aumento de turgencia. Esa presión produce una reorientación en el citoesqueleto, degradación parcial de la pared de la zona de contacto con el huésped, permite la formación de la clavija de infección. Así toda esta fuerza se aplica en ese punto.

Explica las siguientes figuras:

En estudios en C. Graminicola se hizo un estudio para determinar la magnitud de la fuerza aplicada y la presión. Hicieron germinar conidios sobre una superficie sintética para que generen el tubo de infección, que llegaba a causar una abolladura en el material, lo deformaba.

D) Aplicaron un haz de luz y observaron la cantidad reflejada, si había más o menos deformación había más o menos reflexión.

A) Aplicaron un dispositivo mecánico similar al tubo de infección y realizaron el mismo experimento de la reflexión obteniendo una recta de calibrado, se obtuvo un valor medio de 16,8 N de fuerza aplicada por C.graminicola (el doble de Magnaporthe grisea- 8 N), extrapolando al hombre se podría levantar un autobús. Esta fuerza es utilizada para penetrar en las plantas.

B) Dibujo esquemático de una sección transversal de un conidio, un tubo de germinación y un apresorio infectando una célula de una planta. El apresorio forma una matriz extracelular, junto con las moléculas de adhesión le facilita adherirse a la superficie de la planta. La melanina de la pared del apresorio y la síntesis de material intracelular osmóticamente activo permite la producción de la presión de turgencia necesaria para penetrar en la célula de la planta con la penetración de la hifa.

Explica la siguiente figura

Se ha estudiado con mutantes que no pueden producir melanina, para conocer su importancia en el apresorio (se mutan las enzimas que participan en su síntesis). En mutantes, se acumula menor concentración de glicerol, por lo que son menos patógenos al penetrar menos (no son capaces de desarrollar presiones tan elevadas). Este fenotipo de mutantes es recuperable si añadimos intermediarios de la ruta de síntesis de la melanina.

¿Cómo ayudan las enzimas al patógeno a desarrollar el proceso de la patogénesis?

Distintos patógenos secretan al medio distintas enzimas hidrolíticas. Bacterias y hongos saprofitos patógenos degradan la materia sobre la que crecen. Las enzimas degradativas les permiten a los hongos penetrar en un huésped vivo (ayudan a degradar la pared y otras estructuras). Estas enzimas les permiten:

• Ayudan a la penetración del patógeno

• Degradan las paredes del huésped de forma que permiten la colonización (penetración a otros tejidos), degradando fundamentalmente la lámina media.

• Suministro de nutrientes al patógeno mediante los productos de degradación. Pueden contribuir de dos maneras a la obtención de nutrientes: si se degrada la celulosa se liberan monómeros que el patógeno puede emplear como nutrientes , también pueden matar las células del huésped, de modo que se libera su contenido y se alimenta el patógeno.

• Estas enzimas pueden detoxificar inhibidores producidos por el huésped para defenderse del patógeno (por ejemplo metabolitos secundarios).

Explica la regulación de la expresión de la cutinasa en hongos fitopatógenos

La cutinasa es una enzima degradativa que va a provocar la degradación de la cutícula de la célula huésped. La regulación de la expresión de cutinasa en hongos fitopatógenos es por producto. En la espora de germinación va a haber una disminución de la expresión constitutiva de cutinasa. Sólo se expresa constitutivamente una pequeña cantidad, porque supondría un gran gasto de energía. Esto sirve para degradar en primera instancia la cutina, liberando algunos fragmentos, que son capaces de inducir la expresión de cutinasa en grandes cantidades y muy rápidamente, de modo que ya puede degradar la cutina con facilidad y permitir la penetración del hongo.

Cita tres argumentos a favor y uno en contra de la participación de las cutinasas en la patogénesis ¿Puedes desmontar el argumento en contra?

• Argumentos a favor:

• Ensayos en los que se aplican anticuerpos para detectar la cutinasa en el punto de infección. Por inmunolocalización se ve que está presente en el lugar de penetración..

• Si se aplica anticuerpos antes de la infección se evita la infección (se forma un complejo anticuerpo-cutinasa)

• Inhibidores químicos inhiben la acción de la enzima y se evita la infección.

• Mutantes sin actividad cutinasa no son patógenos, no infectan

• En cambio, si se rompe la cutícula (rompes la barrera) los mutantes de la cutinasa recuperan la patogenicidad.

• La inserción del gen para la cutinasa provoca que un patógenos que originalmente penetraba de manera pasiva lo podrá hacer de manera activa.

• En contra:

• A veces, cuando se produce el reemplazo del gen de la cutinasa se elimina el RNA correspondiente, se elimina la acción enzimática pero sigue habiendo patogenicidad (habría más genes que codifican para la cutinasa no homólogos y puede seguir siendo patógeno ; otra explicación es que utilicen los mecanismos mecánicos al no poder sintetizar cutinasas, aún no se ha comprobado)

Cita las enzimas degradativas de pared que pueden participar en la patogénesis ¿Son producidas todas a la vez o secuencialmente?

Esta enzimas van a ser producidas de manera secuencial por los patógenos (los patógenos no pueden degradar todas las sustancias de la pared a la vez). La pared está formada por distintas partes y constituyentes : celulosa, hemicelulosa, pectinas y proteínas. Primero se degrada lo más blando, la pectina y producen pectinasas, luego hemicelulasas, celulasas y lignisasas (sólo un grupo particular).

Explica cuáles son y en que se diferencian los distintos tipos de pectinasas

• Pectin liasa: actúa directamente sobre la pectina metilada, degrada la pectina por su esqueleto mediante -3-eliminación, dando lugar a oligogalacturonano metilado (OGA) insaturado (4,5)

• Pectin metilesterasas: actúan directamente sobre la pectina metilada, desmetilan la pectina por hidrólisis, dando lugar a pectato (pectina desmetilada)

• Pectato liasas: actúan sobre el pectato (antes tienen que actuar las pectin metilesterasas), producen una -eliminación, dando lugar a un oligogalacturonano insaturado en posición (4,5). Pueden ser:

Endo y exopectatoliasas: dependen del lugar donde actúen en la cadena. Si actúan en el extremo de la cadena o en el interior. Exopectatoliasas actúan en el extremo no reductor (liberan un monómero GA), las endopectatoliasas actúan en un extremo reductor (liberan un polímero OGA)

• Poligalacturonasas: actúan sobre el pectato (pectina desmetilada), hidrolizan el enlace (1,4) glicosídico, dando lugar a galacturonanos (las exopoligalacturonasas dan GA) u oligogalacturonanos (las endopoligalacturonasas dan OGA).

• Las pectin liasas actúan sobre la pectina metilada rompiendo enlaces B-1-4 glicosídicos

• Las pectinmetilesterasas actúan desmetilando la pectina

• Las pectato liasas producen una rotura en el polímero: Exo (extremo), endo (medio)

• Las poligalacturonasas hidrolizan el pectato

Explica cuáles son y en que se diferencian los distintos tipos de celulasas

• Endo -(1.4) glucanasas: rompen enlaces glucosídicos en el interior de la molécula de celulosa

• Exo -(1.4) glucanasas o -D-Celobiohidrolasas: rompen enlaces -(1.4) glicosídicos en uno de los extremos de la cadena lineal de la molécula de celulosa. Pueden ser: CbhI (atacan el extremo reductor) y CbhII (atacan el extremo no reductor). Esta enzima libera celobiosa.

• -Glucosidasas: degradan los oligosacáridos derivados de la actuación de las enzimas anteriores, dando como resultado la glucosa.

Explica que es la avenacinasa y cuál es su papel en la patogénesis basándote en la siguiente figura

La avenacina es una saponina con una parte que son azúcares. Si se elimina la parte glicídica pierde gran parte de su patogenicidad. Así, algunos patógenos producen una enzima específica, la avenacinasa, capaz de eliminar la parte glucídica de la avenacina, dando lugar a una estructura menos tóxica.

La presencia/ausencia de avenacinasa va a ser importante para la capacidad del patógeno de infectar a la avena.

Las variedades que no producen la enzima no son patógenas para la avena, porque contiene avenacina. LA variedad Gga produce la enzima y puede atacar a la avena, en el mutante Gga+ que no puede producir los genes que codifican para la avenacinasa, no puede atacar a la avena, pero mantiene la patogenicidad hacia el trigo.

Explica el papel de los polisacáridos en la patogénesis

Tienen un alto peso molecular y suelen ser extracelulares. Al tener un alto peso molecular su acumulación provoca alteraciones en el estatus hídrico de la planta, pueden bloquear los conductos del xilema, por lo que no va a producirse bien el transporte de agua y la planta se marchita. Para saber si tienen relación con la patogénesis se han hecho experimentos con mutantes afectados en la producción de estos polisacáridos que ven reducida su capacidad patogénica (las gráficas demuestran que estos polisacáridos son necesarios para que se expresen los síntomas de la enfermedad y también para la colonización)

TEMA 5: OTROS MECANISMOS BIOQUÍMICOS DE PATOGENICIDAD

Explica qué es una toxina, que utilidad tiene para el patógeno el hecho de producir toxinas y cómo se demuestra la implicación de una toxina en la patogénesis.

• Son sustancias de bajo peso molecular, producidas exclusivamente por patógenos y que actúan a bajas concentraciones causando daños en la planta huésped, mediante la alteración de algún aspecto de su metabolismo. Son móviles, afectando de manera sistémica. El papel de las toxinas en la patogénesis reside en dos aspectos relacionados con su contribución a la muerte de las células del huésped: liberación de nutrientes (que pueden ser usados por el patógeno) y neutralización de respuestas defensivas del huésped (en células muertas no hay maquinaria funcional para expresar genes y poder sintetizar proteínas y otros compuestos).

• Para saber si un compuesto del patógeno es una toxina o no:

• Debe ser posible aislarla del patógeno a partir de material infectado, para ser considerado un mecanismo de patogénesis (complicado por sus bajas concentraciones).

• Debe reproducir los síntomas de la enfermedad cuando se aplica exógenamente a la planta

• Prueba definitiva: ver que ocurre cuando el patógeno no es capaz de sintetizar la toxina (manipulación genética, produciendo Knockouts en el patógeno, el mutante es incapaz de sintetizar la proteína, por lo que no debería ser capaz ni de producir síntomas ni de colonizar la planta). Aquí quedaría demostrado que es una toxina.

Cita las rutas de biosíntesis de toxinas y explica una

• Síntesis a partir de aminoácidos y péptidos (ejemplos: ácido fusárico, fumorisina, coronatina y como derivados de péptidos tactoxina, victorina, Hc-toxina). Estas toxinas se sintetizan mediante mecanismos no ribosómicos, mediante un complejo péptido sintetasa con estructura multidominio (cada dominio es como si actuase de manera independiente, pero con un orden específico, este orden va a determinar la secuencia en la que se incorporan los aminoácidos) con muchas subunidades distintas. Utilizan mecanismos biomolde para activar y unir los aminoácidos correspondientes, para dar lugar a los productos peptídicos, mediante uniones por enlaces tipo amida (o éster) entre aminoácidos. La secuencia de reacciones es:

* Activación carboxílica del aminoácido por una adenilación, se forma un aminoaciladenilato

* Reacción de tioesterificación de un cofactor (fosfopantoteinil) que está unido a la enzima. La tioesterificación permite estabilizar el aminoaciladenilato formando un aminoacil-S-pantoteniltioéster. Tras la tiesterificación ocurren otras modificaciones como la epimerización.

* Condensación, implica la transferencia directa del aminoácido tioesterificado al siguiente intermediario acilo (es decir, otro aminoácido), luego se volverían a repetir las tres fases. El número de pasos depende de la complejidad de la toxina.

El péptido formado puede liberarse del complejo multienzimático por ciclación, amidación o hidrólisis. Este mecanismo permite la incorporación de aminoácidos inusuales (que no forman parte de las proteínas), importante porque estos aminoácidos suelen ser bastante tóxicos y se corresponde con la función que tienen estas toxinas.

• Ruta del acetato/mevalonato (ejemplos: foeniculotoxina, fusicoccina, botrydial). Son toxinas isoprenoides. Comienza a partir de la condensación de dos Acetil-Coa, para dar lugar a acetoacetil-Coa, tiene lugar otras condensación, una reducción que da lugar a ácido mevalónico, que sufre una serie de modificaciones para dar lugar a isopentenil difosfato (IPP) que participa en la biosíntesis de los isoprenos.

• Ruta del acetato/malonato (ejemplos: Hmt-toxina, cercosporina, fusarubina, zinniol). Sirve para la síntesis de policétidos y ácidos grasos. Los policétidos se caracterizan por tener una cadena de grupos ceto y metilo (estructura similar a los ácidos grasos). La síntesis se realiza a partir de complejos multienzimáticos, que tienen numerosos centros de reacción con distintas actividades enzimáticas, pero participan todas en el mismo proceso de síntesis de policéticos. Los complejos actúan inicialmente sobre una molécula cebadora, principalmente Acetil-Coa , sobre la que van uniendo por condensación otros radicales acetilo. Durante todo el proceso los Acetil-Coa van a permanecer unidos a la ACP (proteína transportadora de acilos) del complejo multienzimático.

¿Qué dos tipos de toxinas hay? Explica en qué se diferencian y cita dos ejemplos de cada tipo, indicando el nombre de la toxina, patógeno que la produce y planta huésped.

• Toxinas específicas de huésped: sólo afectan a las plantas susceptibles al patógeno. Son producidas por una especie o raza de una especie concreta, están taxonómicamente muy reducidas. Sólo afectan a un huésped o un cultivar, si se elimina la capacidad de síntesis de toxinas en algunos patógenos, pierden su capacidad patogénica. Ejemplos:

• Victorina: actúa sobre determinados cultivares de avena (avena victoria), es producida por Puccinia coronata.

• HC-toxina: ataca al maíz, producida por la raza 1 de Cochliobolus carbonum.

• Toxinas no específicas de huésped: afectan a muchas plantas, además del huésped. No son selectivas. Si se elimina la capacidad de síntesis de la toxina, el patógeno sigue siendo capaz de infectar, aunque con menos virulencia. Ejemplos:

• Tabtoxina: ataca al tabaco, producida por Pseudomonas syringae pv. Tabaci

• Faseolotoxina: ataca a kiwis y leguminosas halos blight, producida por P.syringae pv phaseolicola y pv actimidia

• Fusiccocina: ataca a frutales con de hueso, producida por Phomopsis amygdali

Explica el esquema siguiente

Esta figura representa un modelo de la interacción entre C.carbonum (produce la HC-toxina) raza 1 y el maíz.

La HC-toxina es un tetrapéptido cíclico, excretado gracias a la presencia en el hongo de los genes del locus TOX 2 : HTS1, TOXA, TOXC, TOXD, TOXE, TOXF y TOXG.

HTS1: es el responsable de la síntesis de una péptido sintetasa

TOXA: codifica para un péptido de salida

TOXD, F y G: codifican para enzimas que producen sustratos de HTS1

TOXE: codifica para la transcripción de todas las demás, excepto la HTS1

La diana son las histonas desacetilasas, que son enzimas implicados en la estructura de la cromatina y regulacióin de la transcripción. Evita que el maíz exprese los genes que le permitirían defenderse del patógeno (no se inhibe el crecimiento del hongo). Muchos cultivares de maíz son resistentes a esta toxina, ya que tienen una alelo dominante del gen HM1, que codifica para una HC-toxina reductasa.

Completa la siguiente tabla con los datos de al menos tres toxinas

Nombre de la toxina	Dianas o efectos en la planta huésped	Métodos para evitar sus efectos en la planta huésped	Métodos para evitar sus efectos usado por el patógeno
Victorina	Se une a una proteína (VB) que es un componente de la glicina descarboxilasa (GDC), complejo multienzimático que participa en la fotorrespiración. La victorina inhibe esta proteína receptora, por lo que no se produce fotorrespiración y la planta se marchita. Se produce una degradación del DNA típico de la apóptosis, se degrada la clorofila, daños en la m.plasmática, pérdida de electrolitos, degradación de una subunidad de la RUBISCO.		No afecta al patógeno porque carece de fotosíntesis
HC-toxina	La diana son histonas desacetilasas, enzimas implicadas en la estructura de la cromatina y regulación de la transcripción. Evita que el maíz exprese los genes que le permitrían defenderse del patógeno	Algunos cultivares de maíz son resistentes al producir HC-toxina reductasa (inactiva la HC-toxina), al poseer el alelo dominante HM1	La HC-toxina no ataca a las histonas desacetilasas del patógeno puede ser por 2 causas: intrínsecas (las histonas desacetilasas son más resistentes a la HC-toxina, debido a su estructura), extrínsecas (debe haber alguna sustancia que produce el hongo que protege a sus histonas desacetilasas)
Tabtoxina	Inhibe a la glutamina sintetasa, como consecuencia no se produce el ciclo GS-GOGAT y no habrá síntesis de aminoácidos, se acumula amonio, que es tóxico y afectará a distintos componentes celulares como las membranas tilacoidales, que producirá un desacoplamientos de la fosforilación.	No se conocen los mecanismos que utiliza la planta para defenderse, aunque probablemente sean similares a los que usa el hongo para defenderse de su propia toxina.	La glutamina sintetasa es resistente porque sufre adenilación. La bacteria podría degradar la tabtoxina por una -lactamasa, que libera -lactam y toxinina, que no son tóxicos.
Faseolotoxina	Puede inhibir completamente y de forma reversible a la enzima carbamoiltransferasa (OCT), que cataliza el paso de la ornitina a citrulina. Cuando las peptidasas dela planta degradan la faseolotoxina se forma occitidina, que es más tóxica e inhibe el mismo paso pero de forma irreversible. Esta toxina también va a inhibir a otra enzima la ornitina descarboxilasa (ODC), que transforma la ornitina en putrescina, a partir de la cual se producen poliamidas. Con esta segunda inhibición la ornitina no se puede consumir y no se sintetizarán poliamidas (disminuyendo el crecimiento y produciendo marchitez)	A las plantas se les puede suministrar poliamidas y se logra una recuperación parcial de las plantas enfermas	La bacteria tiene dos isoenzimas de la ornitilcarbamoil transferasa, una es sensible a la toxina (SOCTasa) y otra insensible (ROCTasa). Cuando la bacteria infecta a la planta es cuando se expresa la forma resistente. Las dos tienen distinta capacidad de infección.
Fusiccocina	Tiene dos dianas:la FCBP (proteína de unión a la fusicoccina) y una ATPasa. Su acción implica que se activen ATPasas, de tal manera que excretan protones y se hiperpolariza la membrana, relajándose la pared celular y cuando esto ocurre, en las células se abren los estomas y se transpira más, por lo que se pierde agua y las hojas se marchitan.		General: El patógeno a veces no tiene diana. Puede tener diana, pero con enzimas que degradan la toxina. Las dianas están protegidas, porque tienen alguna modificación: estructura distinta, secuencia distinta y naturaleza distinta.

Enumera las posibles aplicaciones prácticas de las toxinas:

• Se utilizan en investigación, bloqueando un paso en una ruta metabólica

• Antibióticos (que afecte a bacterias , hongos ... pero no al hombre)

• Fungicidas (contra hongos de plantas y personas)

• Herbicidas

• Se pueden diseñar plantas transgénicas resistentes a la toxina

• También se puede estudiar la resistencia inoculando toxina a un cultivo y seleccionando las más resistentes

• Para inducir la respuesta “inmune” en la planta. Se aplican pequeñas dosis para que la planta desencadene sus mecanismos defensivos ante nuevas infecciones.

¿Qué es una isla verde?

Fenómeno por el cual algunos patógenos biótrofos van a sintetizar citoquininas, de tal manera que los nutrientes se movilizan hacia esa zona. Así, el patógeno se aprovecha de los biosintatos consumiéndolos. Estas zonas son las denominadas islas verdes, tienen un color verde muy característico, especialmente en hojas senescentes. Allí se produce un aumento en la concentración de clorofila, azúcares, almidón y otros carbohidratos, alcanzando contenidos de un 75% o más.

Indica dos fitohormonas producidas por patógenos, dos posibles efectos de las fitohormonas en el desarrollo del patógeno y dos efectos de las fitohormonas en el huésped que favorezcan la patogénesis.

• Producidas también por patógenos: auxinas y etileno

• Efectos sobre desarrollo del patógeno

• Se ha visto que las fitohormonas pueden inhibir, estimular y en algunos casos no le afectan a la germinación de esporas.

• Auxinas y giberelinas son capaces de estimular la formación de conidios en hongos

• El etileno estimula la germinación de esporas en Colletotrichum

• Se ha comprobado que las auxinas estimulan el crecimiento micelial en Fusarium en condiciones extremas de pH y temperatura.

• Efectos en el huésped que favorecen la patogénesis:

• Aceleración de la senescencia (etileno), produce un ablandamiento de los tejidos, degradación de la lámina media, aumento de las rutas degradativas que va a favorecer la infección por el patógeno.

• Relajación de la pared celular (auxinas y giberelinas), facilitando su degradación.

• Inhibición de los mecanismos de defensa de la planta (ácido abscísico)

• Inhibición de la lignificación (ácido indolacético),la planta es más dura y por lo tanto más fácilmente penetrable.

TEMA 6: ASPECTOS GENERALES DE LA RESISTENCIA

¿Qué es la resistencia de no huésped? ¿Qué mecanismos pueden estar implicados en ella?

• Mecanismos que dispone la planta que impiden al organismo funcionar como patógeno de esa planta. La mayoría de las plantas son resistentes a un determinado patógeno. Se va a definir como una serie de mecanismos que hacen que la interacción del patógeno con una planta que no es su huésped sea incompatible.

• El patógeno puede ser frenado en muchas fases del proceso:

• El patógeno necesita una señal de la planta para iniciar la infección ( si el patógeno falla tenemos resistencia de no huésped y si es eficaz pasamos al segundo obstáculo)

• El segundo obstáculo son las barreras preformadas, físicas o químicas, son constitutivas

• Después barreras inducibles, mecanismos de defensa generales que no son específicas de patógenos

• Toma de nutrientes, si no es capaz no habrá infección

• Evitar reconocimientos múltiples, la planta reconoce un elemento que es muy común entre los patógenos (como quitina)

• Si aún así evita los mecanismos genéricos pasaríamos al reconocimiento de una señal específica del patógeno, será la resistencia específica de genotipo o resistencia de huésped.

Explica las figuras siguientes

Resistencia vertical: protege a las plantas sólo contra una determinada raza o forma del patógeno (suele ser una resistencia muy específica)

Resistencia horizontal: efectiva contra todas las razas de patógenos e incluso con una amplia gama de patógenos (pero proporciona una resistencia parcial)

Los números 1,2.. alude al número de genes (ejemplo 1,2 indica que tiene alelos de distintos genes). En ocasiones es preferible una resistencia vertical y otras veces una horizontal.

Define: resistencia monogénica, resistencia duradera, resistencia de plántula y resistencia sistémica

• Resistencia monogénica: un único gen, con el alelo dominante produce la resistencia. Ese gen tiene un gran efecto en el fenotipo. Suele ser específica de raza y vertical. Suele llamarse cualitativa, porque o es completamente resistente o completamente susceptible.

• Resistencia poligénica:: un número variable de genes que producen efectos sumatorios son los que producen la resistencia. A mayor número de alelos que confieren resistencia, mayor será la misma.Suele ser heredable cualitativamente. Cada descendiente varía su resistencia según el fenotipo

• Resistencia duradera: se mantiene efectiva durante mucho tiempo, mientras es usada en agricultura donde se trabaja en condiciones en que se desarrolla fácilmente la enfermedad.

• Resistencia no duradera: no cumple las condiciones anteriores

• Resistencia de plántula: aparece en las primeras fases del desarrollo y no desaparece en la etapa adulta

• Resistencia de planta adulta: sólo se detecta en la madurez, es más frecuente que la anterior

• Resistencia total: aparece durante todo el desarrollo de la planta

• Resistencia pasiva/estática/constitutiva: se manifiesta en ausencia del patógeno. La planta tiene atributos ya antes de ser atacada. Estos mecanismos defensivos se expresan constitutivamente.

• Resistencia activa/dinámica/inducida: se manifiesta una vez que el patógeno ataca a la planta

• Resistencia hipersensible: se produce en respuesta a la muerte celular programada de la célula donde hay infección, dificultando el éxito del patógeno.

• Resistencia no hipersensible: se produce la muerte sin haber infección por el patógeno.

• Resistencia local: se da en la zona donde ataca inicialmente el patógeno

• Resistencia sistémica: aunque la infección sea en un punto se expresa en toda la planta.

Explica las posibles estrategias a seguir en selección y mejora aplicada a la obtención de plantas resistentes a patógenos

• Obtención de plantas resistentes por selección: la primera estrategia es buscar individuos resistentes y seleccionarlos, para mejorar las características de la población. Será positiva si seleccionamos los individuos más resistentes y negativa si eliminamos a los más débiles o susceptibles, la positiva es más rápida. Los individuos se pueden seleccionar en función del fenotipo, inoculando y viendo si enferman o usando técnicas moleculares sencillas, como marcadores genéticos.

• Obtención de plantas resistentes por cruzamiento: se cruzan dos individuos de resistencia diferente, una de interés agronómica y otra resistente, Se cruzan y se obtiene un homocigoto recesivo y heterocigotos resistentes, siendo estos últimos los que se seleccionan. Por sucesivos retrocruzamientos se introducen los caracteres de la planta de interés agronómico, pero mantiene el gen de resistencia y posteriormente por polinización se obtiene en homocigosis el gen de resistencia.

• Obtención de plantas resistentes por ingeniería genética: No se obtienen muy buenos resultados. Introduciendo genes de quitinasa, glucanasa, PR-1 en tabaco se obtuvieron resistencias frente a determinados patógenos, pero no de forma general. Esto es debido a que en la defensa pueden intervenir distintos mecanismos.. Se puede:

* Introducir directamente los genes en la planta, que codifican para proteínas que actúan contra el patógeno o en la ruta que afecte al patógeno. Ejemplo: un gen que codifique para la quitinasa (degrada pared celular de hongos), o para una proteína que inactive el ribosoma (afecta a la producción de la cubierta proteica en virus)..

* Introducir genes que confieren resistencia:

* Introducir genes que codifican para proteínas que desencadenan respuesta inmunitaria (ejemplo: proteínas de la cubierta proteica de virus, así cuando haya infección la planta ya está preparada)

* Inducir directamente en la planta mecanismos defensivos: la planta reduce su crecimiento porque produce plantas enanas.

Explica la siguiente figura:

En el laboratorio se ha introducido el gen del patógeno Cladosporium fulvium Avr9 (gen de avirulencia) y Cr9 que le confiere a la planta resistencia. Se pueden introducir estos genes en otras plantas, porque la producción de proteína le conlleva poca energía. Al Avr9 se le ha fusionado un promotor inducible por patógeno. El Cf9 se expresa de forma continua y el Avr9 sólo en presencia de patógeno, de forma que la planta sólo reacciona cuando ataca el patógeno. Si se introducen los dos genes juntos, la planta tiene respuesta defensiva continua (planta paranoica). Lo que hay que hacer es colocarles promotores inducibles.

¿Qué es el ciclo de prosperidad y quiebra (“boom and boost”)?

Los mejoradores introducen un gen en una especie de interés agronómico, una vez ensayado se comercializa. Se produce una época de prosperidad donde la producción es buena. Por evolución del patógeno se produce una raza que es capaz de superar la resistencia de forma que se produce una quiebra (pérdida de las cosechas). Entonces los mejoradores vuelven a buscar una nueva mejora de la planta frente al patógeno. Es un proceso cíclico.

TEMA 7: PERCEPCIÓN DEL PATÓGENO POR LA PLANTA

¿Qué es un elicitor? ¿Qué tipos de elicitores hay? Pon un ejemplo de cada tipo

• Elicitor: cualquier sustancia capaz de inducir la respuesta defensiva de la planta. Todas las señales del patógeno son potencialmente elicitores, pero no todos los elicitores son señales del patógeno (hay elicitores abióticos).

• Tipos:

• Elicitores endógenos: producidos por la degradación de la planta como las oligosacarinas (también puede ser producidas por patógenos).

• Elicitores derivados del patógeno: producidos directamente por el patógeno pueden ser obtenidos en cultivo puro. De distinta naturaleza:

• Glúcidos: ejemplos- Heptaglucósido (proviene de la degradación de las paredes del hongo, hablamos de oligosacarnias que son más abundantes que el heptaglucósido; las oligosacarinas no siempre tienen origen patogénico, en algunos casos provienen de la degradación de las paredes celulares de la planta); Syringólido (sintetizado por el patógeno y luego secretada hacia el interior de la célula, producida por bacterias)

• Proteínas y péptidos: ejemplos capsicina y Avr9

Explica la teoría gen a gen:

Los patógenos producen señales (elicitores) que desencadenan la respuesta defensiva de la planta. Podemos llamar a esos elicitores factores de virulencia, pero una vez que la planta puede reconocerlos y defenderse de ellos les llamamos factores de avirulencia.

Para cada gen de resistencia que existe en la planta se supone que en el patógeno existe un gen de avirulencia que codifica para un factor de avirulencia (Teoría gen a gen). Si una planta posee el gen de resistencia frente al elicitor se produce la proteína que le permite defenderse, produciéndose una interacción incompatible (será un factor de avirulencia). Pero si la planta carece del gen de resistencia, el patógeno prolifera y causa la enfermedad, será una interacción compatible (factor de virulencia).

Se aíslan, purifican y se estudian los factores de virulencia: primero se estudian las interacciones entre el cultivar 1 y 2 y la razas 1 y 2, sólo las que posean el factor de avirulencia serán resistentes. Se aísla la proteína y se estudia su secuencia. Una vez conocida la secuencia de la proteína se pueden producir grandes cantidades de la misma y manipularlas (mutaciones), pudiendo localizar las zonas especiales para la actividad biológica de la proteína.

Explica la siguiente figura

Factores de avirulencia:

Estructura de la proteína AvrBs3 de la bacteria patógena Xanthomonas campestris pv. vesicatoria. La proteína se divide entres grandes dominios, con un dominio central con 34 repeticiones de aminoácidos.

Algunas delecciones internas de las unidades repetidas conduce a la pérdida de la función de AvrBs3 (mutante B), mientras que las otras delecciones conducen a la ganancia de una nueva función (mutante C)Al lado de la estructura de los mutantes hay un diagrama de sus respectivos efectos cuando la bacteria que lleva los genes mutados son inoculadas en varias plantas.

Cita los dominios típicos de las proteínas R y explica en qué consisten

• LRR: dominios con repeticiones múltiples en serie que contienen leucinas u otros residuos hidrofóbicos a intervalos regulares. Suelen aparecer en proteínas capaces de interaccionar con otras proteínas. Se piensa que son típicos de proteína que actúan como receptores, que interaccionan con un posible ligando . Este dominio participa en la percepción de la señal y no se descarta que también participe en su transducción.

• NBS: lugar de unión a un nucleótido. Son dominios que aparecen en proteínas con capacidad de unión a ATP o GTP (adenilato ciclassa, subunidad B de la ATP-sintasa...). Pueden unirse a los nucleótidos desencadenando una respuesta defensiva, si se produce mutación la planta pierde la resistencia.

• LZ: cremallera de leucina. Ahora se les llama cc, tienen una secuencia patrón HXXHXXX, en esta secuencia H es un aminoácido hidrofóbico y X un aminoácido polar.

• TIR: aparecen en proteínas receptoras implicadas en la respuesta inmune, en la transducción de la señal y no en su reconocimiento.

• Ser/Thr Kinasa: sirve para la transducción de la señal una vez que se ha identificado al patógeno, aparece en citocromos, receptores de etileno...

• TM: dominio transmembranar, permite unir una parte que esté fuera que percibe la señal y otra que esté dentro que transduce la señal. Es un dominio de transcripción, permite el anclaje de proteínas en la membrana.

Explica los modelos de funcionamiento de las proteínas R y explica en qué consisten:

• Modelo receptor-ligando: interacción directa entre la proteína Avr (factor avirulencia) y proteína R (resistencia)

• Modelo de correceptor: el producto del gen R (proteína R) no se une directamente al factor de avirulencia, sino que se une a otra proteína intermedia y juntas se unen al factor de avirulencia, permitiendo a la transducción de la señal. Hay dos posibles casos: que la proteína Avr se una primero al correceptor que interacciona con la proteína R para iniciarse la respuesta defensiva (prot + Avr9) + Cf9 = resistencia; que la proteína Avr9 se una a Cf9 y a un dímero de otra proteína de tipo R, el dímero funcionaría como receptor (Avr9 + Cf9) + (Cf9 + prot R) = resistencia. Es más probable que ocurra como el segundo caso, cuando hay dos proteínas receptoras para el Avr9.

• Modelo de guardia: es una interacción compatible (se produce enfermedad) , el factor de avirulencia se une a la proteína diana en la planta que no sería la proteína R.En interacciones incompatibles, la proteína R bloquea la diana del factor de avirulencia, la proteína R actúa como proteína de guardia, porque evita que la interacción del factor de avirulencia con la diana (se une al complejo, es capaz de reconocerlo)provoque enfermedad, que los mecanismos defensivos de la planta se vieran afectados. Existen pruebas de que este modelo de guardia existe y se sospecha que pueda ser un modelo generalizable a una gran parte de proteína R.

• Modelo basado en proteólisis: el factor de avirulencia sería una proteasa que degrada a la diana, en vez de unirse a ella. La proteína R impediría esa degradación, sería una inhibición de la capacidad proteolítica. La proteína R reconoce los fragmentos de la proteólisis e inicia la cascada de transducción de señal, que provoca cambios en la expresión génica y como consecuencia la producción de moléculas defensivas.

Explica la siguiente figura:

Hoy día se conocen ejemplos en los que funcionan las proteínas de guardia.

El factor de avirulencia es producido por determinados patógenos como Pseudomonas syringae y cultivares de Arabidopsis thaliana van a ser sensibles o resistentes.

• En plantas susceptibles: la bacteria libera el factor de avirulencia (Avr) dentro de la célula huésped, que interacciona con la proteína RIN4, que es su diana, provocando la fosforilación de RIN4, lo que aumenta su concentración (de Avr9 y RIN4)reprimiendo las defensas de la planta. Así el patógeno puede crecer a sus anchas en la planta. Actúa como modulador negativo de la defensa de la planta.

• Cuando hay resistencia hay una proteína R que actúa como guardia de la función de RIN4. De modo que cuando se da la interacción es detectada por RPM1, que interacciona con el complejo, provocando una respuesta hipersensible, que desencadenará los mecanismos defensivos. (se llama de guarda porque mantiene los mecanismos defensivos de la planta).

Si RIN4 sufriese alguna modificación no sería reconocida por Avr, sin RPM1 la planta no tendría un modulador para su sistema defensivo.

TEMA 8: TRANSDUCCIÓN DE LA SEÑAL EN LA DEFENSA DE LA PLANTA

Explica el papel de los flujos iónicos y las fosfolipasas en la transducción de la señal en la planta, tras la interacción con un patógeno.

Mirar (metí yo el dibujo)

* Posible papel de las proteínas G en la entrada estimulada de calcio en respuesta a elicitores del patógeno. El enlace con el elicitor activa a las proteínas G para liberar calcio desde el tonoplasto, abriendo en la membrana plasmática canales de calcio e inhibiendo la ATPasa de calcio. El resultado es una entrada de calcio y bloqueo de su salida.

* El dominio extracelular del receptor percibe al elicitor y una vez unido se transduce la señal a través del dominio quinasa, ocurriendo distintas fosforilaciones por distintas quinasas. A partir de aquí se produce el resto del proceso de transducción de la señal.

Poco después de la interacción de la señal con el receptor de membrana (ejemplo FSL2) tiene lugar un cambio en el flujo de iones, produciéndose cambios en la permeabilidad de membrana. Es típica la entrada de Ca+2 en el citosol y la salida de K+ y Cl - . Estos flujos de iones inician la cascada de transducción, concretamente el Ca+2 activa muchas cascadas como la de la calmodulina o la de proteinquinasas. El aumento de Ca+2 en el citosol provoca también el aumento en la formación de especies activas de O2 .

Hipótesis: el elicitor es percibido por un receptor que activa una proteína G heterodimérica, que a su vez activa una fosfolipasa C, que actúa sobre ácidos grasos de la membrana y produce inositol 3-P (que activa los canales de salida de Ca+2 de la vacuola) y diacilglicerol.

Explica las figuras que aparecen a continuación:

A. El tipo salvaje (wt)no tiene expresión de genes de resistencia, pero el mutante mpk4 ve aumentada la expresión de dichos genes de resistencia. En la gráfica se ve como la mpk4 tiene una resistencia parcial importante.

La mpk4 es una planta paranoica, que tiene como características:

• Tamaño más reducido (emplea mucha energía en la defensa)

• Mayor resistencia a patógenos, ya que expresan continuamente las defensas. En el salvaje (wt) se observa alguna espora del hongo y en mpk4 no se observa nada (otra gráfica distinta) con Peronospora parasitica. En la gráfica A se representan las unidades formadoras de colonias (en las hojas) frente a los días y se ve como hay muchas más en el tipo salvaje que en mpk4 (frente a Pseudomonas syringae pv. tomato)

• Expresión muy alta de proteínas PR (gráfica del western blot), que están relacionadas con la defensa. También niveles de SA mayores.

Niveles de ácido salicílico (SA) constitutivo mucho más elevados (mayor concentración por gramo de peso fresco de sallicílico), esto implica que la mpk4 está en un paso anterior al salicílico en la cadena de transducción de la señal. La defensa es mantenida precisamente debido a estos niveles de salicílico.

* Para comprobarlo, frente al mutante se compara una mpk4 que tiene un gen nahG que produce la degradación del salicílico. Se comprobó que tiene mayor tamaño pero la defensa es menor, aunque no es exactamente igual a la del tipo salvaje (crece menos que el salvaje). Disminuye la expresión de mecanismos de defensa, ya que nahG contrarresta los efectos de mpk4. Esto es debido a que tiene lugar la expresión (mpk4) y degradación constitutiva (nahG) de salicílico al mismo tiempo y no se equilibran..

* Además, la mpk4 participa en otras rutas de transducción independientes del salicilato, como la del jasmonato que inhibe a la del salicílico.

¿Cuáles son las especies activas de oxígeno? ¿Cómo se generan en la planta?

• Son tres: ión superóxido, H2O2 y OH-

• Se generan por este orden:

El primero que se forma es el radical superóxido, de dos formas:

• A partir de una NAD(P)H oxidasa, de manera análoga a los que ocurre en los neutrófilos de mamíferos durante la fagocitosis. En Arabidopsis se ha encontrado un gen homólogo al de mamíferos, con un dominio de unión al calcio, que lo relaciona con los flujos de calcio.

• Por acción de peroxidasas presentes en el apoplasto, que en condiciones de pH alcalino que se dan en la interacción con el patógeno, podrían formar ese ión superóxido. Este pH se alcanza por el flujo iónico (al salir tanto K+).

Puede funcionar como señal, aunque es muy reactivo y no es muy eficaz, o matando al patógeno. Aunque lo más habitual es que dismute de manera espontánea o mediante la enzima superóxido dismutasa, dando lugar al H2O2.

El H2O2 que se forma ya es más estable, tiene una vida media mayor (aún así es inferior a un segundo).

El peróxido es capaz de atravesar la membrana plasmática, de modo que puede alcanzar distintos lugares de la célula y ejercer allí distintas funciones:

• Cuando permanece en el apoplasto puede ser usado como cosustrato por la peroxidasa para la formación de lignina.

• También puede ser directamente tóxico para el patógeno y contribuir a su muerte.

El H2O2 puede dar lugar al radical hidroxilo OH- por el ciclo de Fenton, que implica la oxidación de metales (Fe, Cu). El radical hidroxilo es muy reactivo y extremadamente tóxico, por lo que puede contribuir a la muerte del patógeno, pero también de las células de la planta (la muerte celular en la planta es una barrera frente a biótrofos).

Explica la siguiente figura:

Células inoculadas con Psg(avrA) o con Psg(avrC) y los cambios en la producción de peróxido de hidrógeno han sido monitorizados por la pérdida de escopoletina fluorescente.

La síntesis de H2O2 tiene lugar en la interacción entre el patógeno y el huésped, sea incompatible (avirulento) o compatible (virulento):

• El primer aumento de la síntesis de H2O2 es transitorio y se produce en cualquier interacción o daño en la planta.

• En el caso de interacción incompatible (avirulento) tiene lugar un segundo aumento, que es sostenido y dura varias horas. No se observa en interacciones compatibles (virulento).

¿Qué es el NO? Explica su papel en la transducción de la señal en la planta tras la interacción con un patógeno

El NO es el óxido nítrico y el aumento en su síntesis se relaciona con la muerte celular programada o respuesta hipersensible en plantas.

Esta síntesis está bien descrita en mamíferos, donde el NO colabora en el desarrollo de la respuesta inmune. En las plantas el NO puede sintetizarse por:

• Procesos enzimáticos

• Atracción de las nitrato reductasas dependientes de NADPH o NADH.

• Por la enzima óxido nítrico cintaza dependiente de Ca+2 (común con animales)

En las interacciones incompatibles (resistencia) van a aumentar los niveles de óxido nítrico, pero en las compatibles (infección) no hay este aumento de NO, por lo que se ve que tiene relación directa con la resistencia.

En estudios con inhibidores del NO se demuestra que se inhibe la respuesta hipersensible y por tanto la resistencia generada por esta respuesta.

Define respuesta hipersensible, planta paranoica y estallido oxidativo

• Respuesta hipersensible: es la muerte celular programada y localizada de un número limitado de células próximas al lugar de penetración del patógeno (incluyendo la célula infectada), donde se intenta neutralizar la infección por el patógeno. La RH se va a acompañar de la expresión de distintos genes de la planta. La RH tiene lugar después del estallido oxidativo y la síntesis de NO y se manifiesta macroscópicamente en las hojas como manchas necróticas localizadas en el punto correspondiente al lugar donde se intenta neutralizar la infección por el patógeno.

• Planta paranoica: son mutantes como la mpk4 que expresan continuamente las defensas y tienen como características un tamaño más reducido (emplea mucha energía en la defensa), mayor resistencia a patógenos, ya que expresan continuamente las defensas, expresión muy alta de proteínas PR que están relacionadas con la defensa y también niveles de ácido salicílico mayores.

• Estallido oxidativo: consiste en un aumento considerable, tras la interacción planta-patógeno, de las formas activas de O2: ión superóxido, H2O2 y OH- . Tiene dos funciones: la señalización y el ataque directo al patógeno, se da tanto en interacciones compatibles como incompatibles, la diferencia se da en cómo se desencadena. Si la interacción es con un patógeno virulento, existe un primer pico transitorio durante la interacción, y luego disminuyen los niveles de síntesis activa. Si la interacción es con un patógeno avirulento, también se produce un primer pico, después se produce un segundo pico más importante cuantitativamente y más sostenido en el tiempo (pregunta 4)

Explica la siguiente figura:

En este experimento se estudio el crecimiento del patógeno virulento Pseudomonas syringae en plantas en distintos estadíos de desarrollo. Las plantas que se usan son control y plantas nahG, que son plantas mutantes deficientes en la síntesis de salicilato, al no poder acumular salicilato hidroxilasa. Así, estas plantas serán más susceptibles a los patógenos.

En todos los casos se ve que hay más crecimiento de bacterias en las plantas mutantes nahG, en las salvajes hay distintos grados de colonización, pero siempre menor que en la otra, por lo que se deduce que hay una resistencia asociada al salicilato.

En las salvajes se observa que cuanto mayor es la planta mayor es su resistencia (menor infección), por lo que será también una resistencia asociada al desarrollo.

Explica la siguiente figura:

En las gráficas se representa el desarrollo de la enfermedad en Arabidopsis inoculada con Alternaria brassicicola.

B. Media del diámetro de las lesiones formadas después de 6 días en las plantas de Arabidopsis inoculadas con A. Brassicicola. Las barras con diferente letra indican: a- salvaje, b- mutante en la transducción del etileno y c- mutante en la transducción del jasmonato . Se ve que el mutante para el jasmonato tiene mayor susceptibilidad (mayor diámetro) que el mutante para el etileno y el salvaje.(estamos ante un caso de tolerancia?).

C. Porcentaje del RNA del hongo en relación con el total del RNA (planta) en el sitio de infección a diferentes tiempos después de la inoculación de hojas con A. Brassicicola. Los puntos representan medidas de RNA en extractos de 30 discos de hojas.

O : col-0, tipo salvaje

: ein 2-1, mutante en la transducción del etileno

: ein 2-1, mutante en la transducción del jasmonato

En el salvaje casi no hay RNA del hongo, en el mutante de etileno hay un poco más y en el mutante de jasmonato hay mucho más. Hay una mayor utilidad del RNA del hongo, estamos ante un caso de tolerancia.

* Realizaron otros estudios utilizando: mutante en defensas ( no puede sintetizar JA por encima del nivel basal mínimo) y mutantes en el que se ha introducido un antisentido, que participa en la ruta de un precursor del etileno. Ambos mutantes, deficientes en JA presentan menos síntomas y además hay diferencia en la cantidad de unidades formadoras de colonias, que es un caso de resistencia. Esta resistencia se debe a que no pueden sintetizar jasmonato. Al introducir en la planta BTH (agonista del JA) aparecen síntomas, esto indica que el JA participa en la expresión de síntomas (después de añadirlo tras unos días). Representaron esto en un esquema donde: el JA inhibe la resistencia, participa en una respuesta primaria; el etileno y salicílico inhiben la tolerancia, participan en una respuesta secundaria. Si se inhiben tiene lugar la resistencia y tolerancia (en cada caso).

TEMA 9: DEFENSAS ESTRUCTURALES

Explica la diferencia entre los mecanismos de defensa pasivos y los activos ¿Qué sinónimos se emplean para cada uno de ellos?

• Mecanismos pasivos, constitutivos o preformados: aparecen en la planta independientemente de la presencia del patógeno, previniendo el ataque. Son menos abundantes que los otros.

• Mecanismos activos o inducibles: aparecen cuando la planta interacciona con el patógeno..

¿Qué son las células del borde de la raíz? ¿Para qué sirven?

La raíz no posee ceras (que es la primera línea de defensa de la parte aérea), pero tiene las células del borde de la raíz. En el ápice radicular hay un crecimiento continuo, lo que produce roces con la tierra. Para evitar infecciones, la raíz produce células del borde, que se desprenden constantemente, aumentan su metabolismo y producen antocianinas y otras sustancias con actividad antimicrobiana. Esto, junto a la presencia de mucílagos en el ápice radicular, repelen a las bacterias.

Estas células, además tienen otra función, actúan como señuelo, secretando sustancias que atraen a zoosporas que las infectan y como después las células se desprenden, evitan así la infección a otras células.

Enumera las ventajas que suponen los cambios en la pared celular en respuesta a los patógenos:

• Barrera mecánica frente a la infección ( a mayor dureza mayor dificultad de penetración)

• Barrera a la degradación enzimática: si la pared celular es más compleja y rica en sustancias duras, será más difícil de degradar por el hongo. Por ejemplo: las lignisasas son muy escasas, sólo un grupo de hongos es capaz de producirlas.

• Impermeabilización de la pared: reduce la difusión de sustancias entre el huésped y el patógeno, por su propiedad impermeabilizante. Esto implica que los nutrientes no pasan de la planta al patógeno, pero tampoco las toxinas van al huésped.

• Toxicidad de algunos componentes de la pared, como por ejemplo los fenoles, que son tóxicos para muchos patógenos.

Enumera las sustancias que se pueden depositar en la pared celular de las plantas en respuesta a los patógenos:

• Papilas: depósitos de calosa

• Depósitos de calosa

• Depósitos de lignina

• HRGP (proteínas ricas en hidroxiprolina)

• Vainas Lignituber

Define: papila, calosa, HRGP y lignituber

Todas son defensas estructurales:

• Papilas: depósitos de calosa en la cara interna de la pared celular de la planta, donde se produce la penetración del hongo, formándose una protuberancia. Está compuesta principalmente por calosa, pero puede presentar otras sustancias como lignina, compuestos fenólicos o sílice.

• Calosa: la calosa es un polímero de -1-3-glucano que es poco habitual?. La calosa además de aparecer en las papilas puede depositarse de forma más generalizada por toda la pared, pero sólo en aquellas células que el hongo intenta infectar. Las células con calosa son más resistentes.

• Lignina: la lignina también se deposita alrededor de toda la pared celular de la planta, en interacciones incompatibles, favoreciendo la resistencia de la planta.

• HRGP (glicoproteínas ricas en hidroxiprolina): estas proteínas confieren gran rigidez a la pared celular (por ejemplo la extensina), se unen a los polisacáridos de la pared celular mediante enlaces con la tiroxina de los polisacáridos y se pueden unir a otros compuestos mediante sus residuos fenólicos. Si la interacción es incompatible, aparece un acúmulo importante de HRGP, la planta tiene tiempo de sintetizarlas, lo que supone una protección frente al patógeno.

• Vainas lignituber: a veces, se forman auténticas vainas alrededor de la hifa del hongo, para evitar que el patógeno penetre en el huésped. Estas estructuras se forman a nivel de una sola célula?

Explica la siguiente figura:

Recuento del número total de células por unidad de superficie:

• Rochet: menor depósito de calosa

• PMR-6: (resistente) mayor depósito de calosa, en una infección incompatible el depósito de calosa es mayor.

Define: tilosa, capa de abscisión, sustancia gomosa y capa suberosa

Todas son estructuras que permiten el aislamiento del patógeno a nivel histológico:

• Capa de abscisión: están constituidas por capas de células que se forman en torno a la zona donde se produce el ataque del patógeno (punto de infección). Alrededor de ese punto se forman dos capas de células (más o menos isométricas) entre las cuales se produce la degradación de la lámina media, por acción de peptidasas, desprendiéndose el tejido infectado (abscisión de la parte infectada). Se observa como la abscisión deja huecos en las hojas (además, previamente puede haber respuesta hipersensible), esto también puede darse a nivel de órganos (hojas y frutos), la planta acelera el proceso desprendiéndose de todo el órgano. Defoliación selectiva, eliminándose toda la hoja que está siendo atacada por el patógeno.

• Capas suberosas: capas de células que se diferencian alrededor del punto de infección, que sufren un depósito de suberina (pueden formarse en todo el espesor de la hoja o sólo debajo del punto de infección). Su función es la impermeabilización de la zona sana frente a la infectada, impidiendo el paso de toxinas hacia la zona sana y de nutrientes hacia el punto de infección (el patógeno muere por falta de nutrientes).

• Tilosas: se forman por crecimiento invasivo del protoplasto de células parenquimáticas, en los conductos vasculares, fundamentalmente en el xilema (llegando a obstruirlos). Así, no se produce agua ni nutrientes, por lo que el patógeno muere. La planta tiene que formar nuevos vasos del xilema para no verse afectada.

• Sustancias gomosas: sustancias de naturaliza polisacarídica compleja, que se depositan en los espacios intercelulares rápidamente y dentro de las células que rodean al punto de infección (también en respuesta aheridas?). Es una barrera de penetración para el patógeno, que es incapaz de avanzar, ya que no tiene espacio físico para su proliferación.

TEMA 10: DEFENSAS DE TIPO BIOQUÍMICO

Explica la diferencia entre fitoalexinas y fitoanticipinas e indica los mecanismos mediante los que los patógenos pueden tolerarlas y evitar sus efectos:

Ambas son compuestos antimicrobianos, normalmente metabolitos secundarios de bajo peso molecular, producidos por la planta.

• Fitoanticipinas: se acumulan constitutivamente, sin que se produzca un ataque del patógeno. Son defensas constitutivas preformadas.

• Fitoalexinas: se producen en respuesta a un elicitor o a un ataque del patógeno.

La diferencia no es absoluta, depende de la especie vegetal, en algunas se producen de forma constitutiva y en otras en respuesta al patógeno. Si en la célula se acumula el precursor antes del ataque por el patógeno se considera fitoanticipina. La concentración de la sustancia puede variar, si la concentración constitutiva cuando no hay patógeno es baja (no efectivas) pero cuando llega el patógeno aumenta su concentración (ya es efectiva) se consideran fitoalexinas.

Una característica común es que sintetizan a partir de rutas del metabolismo secundario. Su mecanismo de acción no se conoce, pero se sabe que actúan sobre dos dianas:

• Proceso respiratorio del patógeno

• Integridad de las membranas del patógeno, cambios en su permeabilidad, provocando la pérdida de función

Los patógenos por su parte tienen tres mecanismo para evitarlo:

• Degradación enzimática del compuesto (pierde funcionalidad)

• Mecanismo de exclusión activa (transportarlo al exterior por bombeo activo)

• Modificar la diana del compuesto antimicrobiano, de forma que no pueda actuar

La planta tiene dos formas de protegerse de estos compuestos:

• No tener diana

• Almacenarlas en vacuolas

Define fitoanticipina e indica 4 ejemplos de este tipo de sustancias:

• Las fitoanticipinas son compuestos antimicrobianos de bajo peso molecular, que aparecen de forma constitutiva antes del ataque del patógeno. Incluyen aquellas sustancias que se forman tras el ataque del patógeno, a partir de otras sustancias que se han acumulado constitutivamente (precursores inmediatos preexistentes).

• Ejemplos:

Compuestos fenólicos: inhiben el crecimiento de los patógenos, los más simples inhiben la infección. Ejemplo: las cebollas de color naranja acumulan dos compuestos fenólicos que le dan resistencia frente a Colletotrichum.

Saponinas: son compuestos de naturaleza esteroidea (alcaloides, triterpenoides...). En todos los casos poseen propiedades típicas de los jabones, actividad hemolítica y capacidad de unión a esteroles (colesterol). Los más destacados son avenacina, tomatina...

Las saponinas ejercen su efecto tóxico debido a la capacidad de unión al colesterol y a otros sistemas:

* Se insertan en la membrana plasmática de las células del patógeno uniéndose a los esteroles.

* Agregación de las saponinas insertas en la membrana de forma que se produce: formación de poros, extracción de esteroles de la membrana, formando cuerpos esféricos globulares fuera de la membrana.

Todos estos cambios afectan a la permeabilidad de la membrana plasmática. El aumento de permeabilidad tiene como efecto:

* Aumento en la pérdida de electrolitos de las células del patógeno

* Aumento de la probabilidad de entrada en el patógeno de otras sustancias antimicrobianas, de efecto tóxico contra el patógeno

Glucósidos: la planta los sintetiza y los mantiene en complejos celulares, porque posee enzimas capaces de destruirlos (glucosidasas). Si el glucósido se degrada libera compuestos muy tóxicos, por ejemplo los glucósidos cianogénicos, que al ser atacados por glucosidasas dan lugar a cianuro. Si están en la misma parte de la célula los glucósidos y las glucosidasas es fácil que se rompa la célula.

Glucosinolatos: se degradan liberando nitrilo e isotiocinato, que son muy tóxicos para el patógeno (y para la planta?)

Estas dos sustancias (glucósidos cianogénicos y glucosilatos) se acumulan en la planta de forma constitutiva y sólo se liberan cuando la planta es atacada por un patógeno o herbívoro. Esto se debe a que se encuentran en distintos compartimentos, las enzimas degradativas en los lisosomas y los sustratos en las vacuolas. Cuando los patógenos necrótofros o herbívoros dañan los tejidos de la planta, la enzima y el sustrato se ponen en contacto.

Describe cómo actúan las saponinas sobre los patógenos

Saponinas: son compuestos de naturaleza esteroidea (alcaloides, triterpenoides...). En todos los casos poseen propiedades típicas de los jabones, actividad hemolítica y capacidad de unión a esteroles (colesterol). Los más destacados son avenacina, tomatina...Las saponinas ejercen su efecto tóxico debido a la capacidad de unión al colesterol y a otros sistemas:

* Se insertan en la membrana plasmática de las células del patógeno uniéndose a los esteroles.

* Agregación de las saponinas insertas en la membrana de forma que se produce: formación de poros, extracción de esteroles de la membrana, formando cuerpos esféricos globulares fuera de la membrana.

Todos estos cambios afectan a la permeabilidad de la membrana plasmática. El aumento de permeabilidad tiene como efecto:

* Aumento en la pérdida de electrolitos de las células del patógeno

* Aumento de la probabilidad de entrada en el patógeno de otras sustancias antimicrobianas, de efecto tóxico contra el patógeno

Describe fitoalexina e indica 4 evidencias de que las fitoalexinas juegan un papel en la defensa de la planta:

• Fitoalexinas: son compuestos antimicrobianos, de bajo peso molecular, que se sintetizan en respuesta a un patógeno o elicitor. Tienen estructura variable y son específicos de la especie. Ejemplos: pisatina (guisante), rishitina (patatas), camalexina (Arabidopsis), faseolina (judía Phaseolus) ...Son metabolitos secundarios que producen daños en las membranas o bien en la respiración del patógeno.

• Evidencias:

• Se acumulan de novo en los tejidos tras el ataque de un patógeno

• Su acumulación en las plantas resistentes es más rápida que en las susceptibles

• Las concentraciones encontradas en los tejidos son suficientes para inhibir el crecimiento del patógeno

• Los inhibidores de la síntesis de fitoalexinas aumentan la susceptibilidad del huésped a la infección.

• Las plantas mutantes deficientes en la producción de fitoalexinas son colonizadas por los patógenos en mayor medida que el tipo salvaje

• Las formas del patógeno (aislados, cepas, razas...) que degradan las fitoalexinas son más virulentas que las formas que no son capaces de hacerlo.

Explica la siguiente figura:

Mirar

Acumulación de faseolina en habas inoculadas con razas incompatibles y compatibles del hongo Colletotrichum lindemuthianum.

Formación del apresorio

Respuesta hipersensible visible

Respuesta hipersensible completa

1% de lesiones en combinación compatible

80% lesiones en la combinación compatible

100% lesiones

La raza avirulenta genera una baja acumulación de fitoalexina, la virulenta produce una mayor acumulación. A la planta le interesa acumular más rápidamente (interacción incompatible) aunque sea una menor cantidad.

6. Explica las siguientes figuras:

Mirar

D) Cuantificación de la severidad de la enfermedad en mutantes de Arabidopsis frente a A. Brassicicola. Las medidas fueron realizadas tres días después de la aplicación del inóculo. En la gráfica se muestra el crecimiento de A. Brassicicola en las plantas basadas en datos de PCR:

Se ve que hay una mayor proporción de hongo en plantas deficientes en la síntesis de fitoalexina:

• Mutantes con baja concentración de fitoalexina presentan infección. Los mutantes que no presentan infección no son deficientes en la síntesis de fitoalexina.

• La infección se observa por lesiones en expansión en las hojas con otros patógenos no existe esta correspondencia (otra gráfica distinta).

A) ¿?Acumulación de fitoalexina (camalexina) y expresión del gen PDF1.2 en Arabidopsis, mutantes pad y col1 después de enfrentarlos con A. Brassicicola o tratamiento con metiljasmonato?? En la gráfica se representa la acumulación de camalexina después del enfrentamiento con A.brassicicola de plantas de 26 días de edad. La camalexina fue extraída de secciones circulares de 6mm de diámetro en el centro de la lesión.

Interpretación??: En los mutantes hay infección con A. Brassicicola. Hay una mayor cantidad de hongo en comparación con la planta. Los niveles de fitoalexina son bajos en los mutantes que presentan infección. Los que tienen unos niveles normales (pad4) es porque no son mutantes deficientes en la síntesis de fitoalexina.

Explica la siguiente figura

Eje X : porcentaje de inhibición en el crecimiento del patógeno causado por la aplicación de pisatina

Eje Y: virulencia en guisantes (tamaño de la lesión en mm)

Enunciado: segregación de la virulencia para el tomate, tolerancia de la pisatina (fitoalexina) y acitividad PDA (fitoalexina desmetilasa) en la progenie resultante del cruce de dos cepas de Nectria haematococca. Los padres y progenie con alta actividad PDA son tolerantes a la pisatina y causan graves lesiones en guisantes. Los padres y progenie con baja actividad PDA son tolerantes pero no causan lesiones significativas. Un tercer grupo de progenie sin actividad PDA son inhibidas por falta de virulencia.

Apuntes: Otra evidencia de que las fitoalexinas son eficaces contra la infección, es que aquellos patógenos que son capaces de degradar las fitoalexinas son más virulentos. Ejemplo: la pisantinas (por acción de la PDA) pasa a maackiain

Los aislados que tienen PDA son más virulentos, esto está determinado genéticamente

En la gráfica se observa virulencia e inhibición por PDA:

Parentales virulento(alta producción de PDA): aumenta la virulencia y disminuye la inhibición por pisatina

Parentales con baja producción de PDA: disminuye la virulencia y similar inhibición

Cruzamiento de las cepas anteriores:

Progenie con alto PDA (similar a parentales)

Progenie con bajo PDA (similar a parentales)

Progenie sin PDA: disminuye la virulencia y aumenta la inhibición causada por la pisatina (fitolaexina).

Explica qué son las proteínas PR, las PR-like (proteínas semejantes a PR) y habla sobre la familia de proteínas PR que prefieras.

• ¿Qué son las proteínas PR?

Se descubrieron por primera vez en 1970 en un trabajo de Van Loon y Van Krammen, al analizar en electroforesis en gel de poliacrilamida plantas de tabaco infectadas donde aparecían bandas adicionales en muchas muestras. Supusieron que podían ser proteínas implicadas en la defensa. Las proteínas de la planta se pudieron comprobar inoculando con otros patógenos la misma planta y se vio que aparecían las mismas bandas, inoculando con el mismo patógeno en otra especie de planta se vio que las bandas no eran las mismas.

Si se cambiaba el huésped las bandas eran distintas, por lo que esas proteínas eran específicas de la planta huésped y formaban parte de una respuesta fisiológica defensiva. Se les llamó proteínas relacionadas con la patogénesis (proteínas PR), proteínas codificadas por la planta huésped, pero inducidas solamente en condiciones patológicas o relacionadas con la patogénesis. Esta diferencia conlleva que estas proteínas sólo van a aparecer en circunstancias de enfermedad, contacto con patógeno o relacionadas (estrés, déficit hídrico...). No está demostrado en todos los casos que tengan una función defensiva.

Se agrupan en función de sus características serológicas (ser reconocidas por Ac) y por su homología de secuencia con distintas familias. Condiciones para ser consideradas proteínas PR:

* Actualmente se consideran proteínas PR cuando aparece en un tejido infectado, que en el mismo estado de desarrollo no presentaría dicha proteína estando sano. Las proteínas PR no pueden aparecer en tejidos sanos.

* Deben haber sido descritas en al menos dos interacciones patógeno-huésped o bien sólo en una interacción si ha sido descubierta en dos laboratorios independientes distintos.

• Proteínas PR-like: las proteínas PR son similares a otras proteínas distintas, por lo que deben tener además otro tipo de función. A estas proteínas semejantes se les llama proteínas semejantes a PR y sólo llamaremos PR a las que son inducidas por patógeno.

• Familias: hasta el momento hay 17 familias de proteínas PR

PR-1: son muy utilizados como marcadores de resistencia sistémica inducida, no se conoce su mecanismo de acción. En ensayos in vitro inhiben el crecimiento de oomicetos (propiedades antufúngicas), por lo que aparentemente deben tener una función defensiva (fue la primera PR descubierta).

PR-2: son más conocidas, tienen un mecanismo de acción establecido. Tienen actividad como (1-3)glucanasas, degradan enlaces (1-3) glucosídicos en el (1-3)glucano de la pared celular de algunos patógenos (hongos, oomicetos...)Degradan la pared, también contribuyen a la generación de señales que permitan poner en marcha otros mecanismos defensivos. Los fragmentos de glucano (oligosacarinas) pueden funcionar como elicitores.

PR-3; PR-4; PR-8; PR-11: se agrupan porque todas funcionan como endoquitinasas, rompen los enlaces (1-4)glicosídicos que unen a la N-acetil-glucosamina de la quitina. Muchos patógenos (hongos, insectos...) van a tener quitina en su pared, al igual que las glucanasas también degradan la pared y los fragmentos provocan la liberación de oligosacarinas? (actúan como señal)

PR-5: proteína semejante a la thaumatina. La thaumatina es una glicoproteína con sabor dulce, que proviene de un arbusto africano (los primates detectan su sabor y esparcen sus semillas). Esto no tiene que ver con la defensa. No tienen sabor dulce y tienen actividad antifúngica frente a algunos oomicetos. Se ha visto que tienen mucha homología de secuencia con permeatinas, que permeabilizan la membrana del patógeno.

PR-6: inhibidores de proteasas, pueden inducirse por el ataque de patógenos, pero se cree que funciona fundamentalmente como mecanismo defensivo frente a insectos. Los insectos herbívoros tienen que digerir proteínas de las plantas, al llevar en el tejido inhibidores de proteasas el herbívoro tendrá problemas con su digestión. No obstante, también se inducen frente a patógenos de distinto tipo (hongos,nematodos)

PR-7: tienen actividad endoproteasa. También pueden participar en la lisis de paredes celulares del patógeno, pero su papel es más secundario.

PR-9: actividad peroxidasa, contribuyendo a reforzar la pared celular de la planta (la peroxidasa del tabaco se produce donde tiene lugar la lignificación participa en la lignificación contribuye a aumentar la dureza de la planta).

PR-10: actividad o semejanza con ribonucleasas, se piensa que podrían ser activas frente a virus de tipo RNA.

PR-12: actividad antimicrobiana, se han denominado defensinas (también existen en animales y con la misma función). No se conoce cómo funcionan.

PR-13: son las tioninas, ricas en cisteína, participan en la destrucción de la membrana del patógeno

PR-14: proteínas de transferencia de lípidos, facilitan la transferencia de lípidos y fosfolípidos a través de la membrana, afectando por lo tanto a su permeabilidad y se piensa que gracias a ellos tienen actividad antifúngica.

PR-15: actividad oxalato oxidasa, capaces de producir peróxido de hidrógeno, éste actúa de cosustrato de la peroxidasa, también es una sustancia tóxica para el patógeno y además actúa como señal.

PR-16: similar a la oxalato oxidasa, pero aún no se ha demostrado que tenga esta función.

PR-17: no se conoce su función

Haz una lista con las familias de proteínas PR indicando la principal característica de cada una

PR-1	No se sabe función, se usa como marcador en resistencia inducida
PR-2	(1-3) endoglucanasa, actividad antifúngica
PR-3,4,8,11	Endoquitinasas, actividad antifúngica
PR-5	" Thaumatina, actividad antifúngica
PR-6	Inhibidores de proteasas
PR-7	Endoproteasas, actividad antifúngica
PR-9	Actividad peroxidasa, lignificación
PR-10	Ribonucleasas (homología)
PR-12	Defensinas (antimicrobiana y antifúngicas)
PR-13	Tioninas (antimicrobiana)
PR-14	Proteínas de transferencia de lípidos
PR-15	Oxalato oxidasa
PR-16	Similar a la anterior (PR-15), no se ha demostrado su función
PR-17	Se desconoce

Indica los distintos métodos por los que se pueden detectar y cuantificar las proteínas PR

• Medir la actividad inducida por el patógeno en caso de que sea conocida su función (que haya actividad no es suficiente, hay isoenzimas por lo que se debe hacer una electroforesis)

• Western blot (usando anticuerpos)

• Northern blot y PCR inversa

• Relacionar la proteína PR con la defensa (ej: inhibición del crecimiento fúngico con quitinasas)

• Relacionar la actividad de las proteínas PR con la degradación de la pared del hongo (ejemplo: quitinasas)

• Ingeniería genética:

* Introducir genes antisentido de la proteína

* Sobreexpresando los genes para las proteínas PR

¿Qué características puede tener una planta que sobreexprese una proteína PR constitutivamente?

* Se obtiene en general mayor resistencia, sobre todo cuando se incluye más de una proteína PR sobreexpresada, pero en otros casos no se ha aumentado la resistencia.

Esto no demuestra que sea útil o no, ya que a lo mejor es el conjunto de proteínas PR el que realiza la acción. Realizando un experimento se observa que el efecto de expresar dos proteínas PR no es aditivo, sino sinérgico, la acción degradativa es mayor. Por ejemplo: la glucanasa expone la quitina y la quitinasa al actuar expone el glucano, facilitándose mutuamente la acción.

* Si lográsemos introducir un número elevado de proteínas PR (sobreexpresión) en la planta podría funcionar, pero tendríamos plantas paranoicas (crecen poco), ya que consumen demasiada energía en la defensa (si disminuye su acción no es eficaz). Además, de todos los alérgenos estudiados para el ser humano, el 25% son proteínas PR, ya que son proteínas muy resistentes a la degradación y tienen un tamaño idóneo para ser alérgenos. De tal forma, que si transformamos las plantas para que aumenten su expresión de proteínas PR podrían causar grandes problemas de alergias.

TEMA 11: RESISTENCIA INDUCIDA

Define resistencia inducida, cita los 4 tipos de resistencia inducida mejor estudiados e indica si son sistémicas o no y de qué señal son dependientes

• Resistencia inducida: se puede definir como el incremento en resistencia que se produce en una planta susceptible, en respuesta a un estímulo extrínseco, sin que se produzcan alteraciones en el genoma. Esta definición trata de excluir la resistencia gen a gen y de destacar que se produce por un factor externo sin alteración del genoma. Una planta resistente por su genotipo da una respuesta rápida y eficaz. Los estímulos extrínsecos (exógenos) pueden ser de distinta naturaleza: heridas de tipo mecánico, compuestos químicos sintéticos o naturales, estrés (causado por factores ambientales)

• Tipos:

	Necrosis	Dependiente	Mecanismos De defensa	Alcance	Inductores bióticos	Inductores abióticos
LAR	Sí	SA	Prot.PR, Fitoalexinas...	Local	Virus (y otros patógenos)	SA, INA, BTH
SAR	Sí	SA	Prot.PR, Fitoalexinas...	Sistémico	Virus (y otros patógenos)	SA, INA, BTH, BABA
Heridas/ herbívoros	No	JA y etileno	Inhibidores proteasas	Sistémico	Heridas, herbívoros	JA
PGPR-ISR	No	JA y etileno	¿?	Sistémico	PGPR	JA?

Explica el papel de los salicilatos en la SAR ¿Son la señal que se transmite por el floema?

La SAR protege a la planta frente a varios patógenos, pero no frente a todos o por lo menos con la misma eficacia. Se puede dar respuesta a distintos elicitores, pero ha de producirse necrosis necesariamente. Se caracteriza por la síntesis de fitoalexinas y proteínas PR.

Desde que se induce la resistencia hasta que es efectiva en la planta ha de pasar un tiempo, debido a la transducción de la señal en la hoja. La naturaleza de esta señal está en controversia, no se sabe cuál es, pero se sabe que debe transportarse por el floema, porque hace falta un tiempo mínimo necesario para que se transmita y si se eliminan los vasos del floema que unen la hoja inducida con el resto de la planta no hay resistencia.

Los estudios iniciales hicieron pensar que la señal era el SA (ácido salicílico), ya que se transporta por el floema y su aplicación induce a la expresión de proteínas PR, respuestas típicas de la SAR y además sus niveles aumentaban tras la expresión (tanto en la hoja inoculada como en las situadas por encima de ésta). ¿Es el salicilato el que se transporta?

Se hizo un experimento realizando injertos y se ha visto la necesidad de sintetizar salicilato para que haya resistencia. La planta salvaje puede generar salicilato, pero aunque puede transportarlo no lo acumula en la parte superior, pero si lo hacemos al revés sí hay SAR y se expresa PR-1. Esto es porque el salicilato no debe ser la señal, porque aunque se forme es degradado y no transportado. Puede haber otra señal que sea la que se transporte e induzca la expresión de salicilato en la hoja superior y se produzca el transporte (se expresa PR-1 y SAR). Probablemente el SA no sea la señal que se transporte por el floema , pero sea necesario en las partes donde se expresa la SAR.

Años más tarde se descubrió que las plantas emiten señales gaseosas, un derivado gaseoso del SA, el metilsalicilato, habiendo otro mecanismo para el transporte de la señal. Es volátil, llegando a la atmósfera e induciendo la resistencia en la planta y sus vecinas.

¿Es necesario que se produzca necrosis para que se desencadene la SAR? ¿Qué mecanismos defensivos se induce en la SAR?

• La SAR protege a la planta frente a varios patógenos, pero no frente a todos o por lo menos con la misma eficacia. Se puede dar respuesta a distintos elicitores, pero ha de producirse necrosis necesariamente. Se caracteriza por la síntesis de fitoalexinas y proteínas PR.

Explica las siguientes figuras:

Mirar

Es un experimento en el que se realizaron injertos para ver la necesidad de la síntesis de SA para que haya resistencia:

• En el control injertamos el salvaje (x/x): se desarrolla SAR y se expresa PR-1

• Injertamos N/N: no hay SAR, no se expresa PR-1

• En N/X: no hay SAR, no hay PR-1

• En X/N: no puede generar salicilato (planta nahG) pero sí se desarrolla SAR

Esto es debido a que aunque sea necesario el SA es sintetizado localmente ¿?

¿Qué tipo de resistencia esquematiza esta figura? Explícala

• SAR

• Es lo mismo que pregunta 2 (esquema)

* Virus, hongos o bacterias en la parte aérea o nematodos en la raíz entran en contacto con la planta (producen necrosis).

* La planta aumenta la síntesis de SA, se inicia cascada transducción de señal

* Se transporta vía floema una señal móvil (no es SA), que induce en otras hojas la síntesis de SA

* El SA se degrada y se transforma en metilsalicilato que es una señal volátil y que se transporta por la atmósfera, induciendo junto a la señal móvil del floema la inducción de resistencia (síntesis de proteínas PR y fitoalexinas) en los distintos tejidos (y distantes) de la planta. Resistencia sistémica.

¿Qué es NPR-1?¿Cómo funciona? Explica su papel en la SAR y en la ISR

La NPR-1 es una proteína con repeticiones de Arg (característico de proteínas que interaccionan con otras proteínas). NPR-1 actúa en un paso posterior a la acumulación de salicilato (tiene que producir SAR). NPR-1 es capaz de interaccionar con factores transcripcionales de genes TGA y algunos de estos factores son capaces de unirse a elementos cis del promotor de PR-1. Si NPR-1 se une a TGA y lo activa y luego TGA se une al promotor de PR-1 , ésta se expresaría, haciendo lo mismo la SAR.

Esquema: el patógeno causa necrosis y se acumula SA, que incia la cascada de transducción de la señal, donde está posteriormente NPR-1 que se une a TGA, activando el promotor de PR y se expresarían las proteínas PR y se produce la SAR.

La NPR-1 va a ser un elemento central en los dos grandes tipos de resistencia:

• Para la SAR: se piensa que el modo de acción de la NPR-1 es el siguiente: acumulación de SA, se expresa NPR-1; NPR-1 migra al núcleo y se une a factores de transcripción TGA que se unen a promotores de PR y éstas se expresan (cuando se sobreexpresa NPR-1 no pasa nada, no se sintetizan más PR)

• Para la ISR: NPR-1 migra al núcleo y también se une a factores de transcripción distintos a TGA, pues no se expresan PR-1 (no se sabe a que factores de transcripción se unen, se expresan genes relacionados con la ISR). Por experimentos con mutantes se ha podido establecer la jerarquía de los elementos de la cadena de transducción: el JA debe ser percibido y transducido antes que el etileno.

¿Qué tipo de organismos causan la PGPR-ISR? ¿Algún organismo de este tipo causa SAR? ¿Por qué?

• PGPR-ISR significa resistencia sistémica inducida por rizobacterias promotoras del crecimiento apical

• No?, las rizobacterias no son patógenas??Mirar

* En estudios con estas rizobacterias en condiciones de escasez de Fe se vio que se producía la síntesis de ácido salicílico, estaba claro que se estaba desencadenando la SAR. Sin embargo en otras cepas no se producía ese ácido salicílico, por lo que debía ser otro el efecto de esa resistencia. Se descartó desde un principio que tuviera un efecto de competición por nutrientes.

Explica la siguiente figura:

Gráfica de columnas con índice de enfermedad (la barra alta significa más enfermedad) y el índice de expresión de PR-1 por RT-PCR.

Aquí se demuestra como en la ISR no hay expresión de proteínas PR, pero sí resistencia.

• Col-0: tipo salvaje

• NahG: no sintetiza SA

• jar 1: deficiencia en la señalización por jasmonato

• etr 1: deficiencia en la señalización por etileno

Los mutantes afectados en la señalización por jasmonato y etileno no presentan PGPR-ISR. En el mutante NahG no hay SAR porque no se sintetiza SA.

Esto demuestra que la SAR no depende de jar1 ni de etr1, pero sí depende del SA, pues las plantas NahG no desarrollan SAR. La ISR no de pende del SA, ya que desarrolla tanto en el salvaje como en las NahG, pero sí depende del JA y etileno.

* Es curioso que las rizobacterias no producen (no se ha demostrado por lo menos) un aumento en la señal por etileno y JA ¿cómo explicar que sea necesaria la señalización?, porque cambia el número de receptores (o moléculas de transducción de señal), hacen al tejido más sensible a la hormona. Las plantas como consecuencia de la ISR se vuelven más sensibles al etioleno y JA.

Indica 3 diferencias y tres semejanzas entre la SAR y la PGPR-ISR

• Diferencias:

• Para la SAR es necesaria la necrosis del tejido para la inducción de la resistencia en la PGPR-ISR no

• La SAR es dependiente del SA y la PGPR-ISR del JA y etileno

• En la SAR se induce la síntesis de proteínas PR y en la PGPR-ISR no se produce expresión de proteínas PR

• LA PGPR-ISR tiene un espectro de protección distinto a la SAR

• Semejanzas:

• Ambas son resistencias inducidas de carácter sistémico

• En las dos hay una señal móvil que se transporta por el floema e induce resistencia en el resto de la planta

• En ambos tipos funciona la proteína NPR-1, se expresa NPR-1 (aunque se une a distintos factores de transcripción, en la SAR a los relacionados con las proteínas PR y en la PGPR-ISR a los relacionados con la ISR)

Explica las siguientes figuras

* Protección inducida frente a Pst en plantas de Arabidopsis que expresan ISR, SAR o ambos tipos de resistencia. La ISR fue inducida en plantas en crecimiento en suelos que contenían 417r. La SAR fue inducida en plantas de tipo salvaje Col-0 por preinfección de 3 hojas por planta con un patógeno avirulento (avrPst) (A) o por aplicación exógena con SA en (B) tres días después de la inoculación. Los mutante cpr1 expresan constitutivamente SAR (C). El índice de enfermedades se refiere a la proporción de hojas con síntomas relativizándolo frente al tratamiento control (ctrl.) plantas Col-0, cuatro días después de la infección con el virulento Pst. El efecto aditivo en la inhibición del patógeno fue estadísticamente significativo en todos los puntos testados.

Esta gráfica estudia el efecto aditivo de la SAR y de la PGPR-ISR . Aunque la señalización por SA y etileno se inhibe la una a la otra, cuando se añaden inductores de SAR y PGPR-ISR se obtienen efectos aditivos.

• ctrl.: control

• 417r: rizobacterias

• avrPst: Pseudomonas (patógeno inductor de SAR)

• 417 + avr Pst: tratamiento con ambas

• SA: salicílico

C) Utilizan mutantes que expresan contitutivamente la SAR: cpr1. Si se induce PGPR-ISR se reduce la enfermedad. Obtenemos una mayor resistencia, esto indica que son aditivos. Se ve que no es un efecto de tolerancia, pues se ha medido el crecimiento bacteriano, disminuyendo el crecimiento de rizobacterias, es un caso de resistencia.

D) Existe una mayor reducción cuando hay PGPR-ISR y SAR, menor resistencia con SAR y PGPR sólo y menor con SAR sólo?

El efecto de la SAR y PGPR-ISR no implica una mayor expresión de la NPR-1, los niveles constitutivos son suficientes para la señalización (plantas que sobreexpresan NPR-1 no son más resistentes).

Explica la siguiente tabla

Cuando se activa la SAR se inhibe la cadena de transducción (a diferencia de la PGPR-ISR) que inhibe al etileno y JA (relacionado con el ataque por herbívoros). Por eso no se usa para una protección total el uso de la SAR + PGPR-ISR. De todas formas ya se ha comercializado algún producto. También determinados compuestos fúngicos se ha visto que podían inducir resistencia.

El producto Actigard se ha demostrado que es efectivo frente a algún patógeno, pero frente a otros lo hace más susceptibles. Otro producto, el bion (tabla) reduce la enfermedad e incidencia de dos hongos. Si se usa con guazantine se mejora el resultado (aunque hay algún dato contradictorio).

El estudio de la resistencia inducida tiene su aplicación práctica.

TEMA 12: LA RESPUESTA A HERIDAS Y HERBÍVOROS

Enumera las respuestas de la planta comunes a heridas y herbívoros

• Respuestas rápidas o inmediatas: relacionadas con el proceso de percepción de esa herida y transducción de la señal (relacionado con el proceso de reparación de esa herida y cicatrización). ¿?Relacionados con la aparición de distintos mecanismos que protegen a la planta frente al ataque de herbívoros. La mayoría de respuestas son debidas al daño producido en las membranas que pierden su integridad.

• Respuestas lentas

• Respuestas a nivel de membrana

• Respuestas a nivel del citosol

• Respuestas a nivel de la pared celular

* Despolarización de la membrana

* Alteración de los flujos iónicos (salida neta de K+ y Cl - y entrada de H+ y Ca+2 )

* Generación de señales físicas

* Generación de señales químicas (volátiles-meJa, etileno, terpenoides- y no volátiles-oligosacáridos, JA, sistemina)

* Aumento de la respiración celular

* Aumento del metabolismo de azúcares

* Aumento de la biosíntesis de metabolitos de tipo isoprenoide

* Aumento de la actividad fosfolipasa A

* Induce la formación de distintas proteínas y sustancias implicadas en la defensa de la planta como proteínas PR

* Síntesis de inhibidores de proteasas, ácido abscísico, deposición de suberina y lignina

* Aumento de proteínas ricas en hidroxiprolina

Las heridas en un principio provocan un aumento de lignina, que se deposita en esas zonas, siendo una barrera frente a patógenos, disminuye la pérdida de agua, se hace más dura y menos agradable de comer por los herbívoros. Aquí, el único estímulo es la herida y la función directa de estos mecanismos es la cicatrización.

¿Por qué hay diferencias entre la respuesta a heridas y herbívoros? ¿De qué señales depende la respuesta a insectos chupadores? ¿y masticadores?

Aunque haya mecanismos que son comunes a heridas por factores mecánicos y a herbívoros, cuando la herida es causada por herbívoros, no sólo se disponen los mecanismos anteriores, sino otros adicionales como respuesta a distintas sustancias presentes en la saliva del herbívoro (para la planta es bueno distinguir qué es lo que le ha producido la herida)

• Insectos chupadores: las respuestas defensivas son dependientes de salicílico (SA)

• Insectos masticadores: las respuestas defensivas son dependientes del JA

¿Cuáles son las tres estrategias de defensa de las plantas frente a herbívoros? Explica en qué se diferencian

• Defensa directa (resistencia): la planta se defiende por mecanismos propios, lo que implica la participación de una serie de estrategias. En la defensa directa las heridas por herbívoros generan resistencia tanto a nivel local como a nivel sistémico (producción de inhibidores de proteasas) y van a depender del JA (y del meJA), también existe una señal móvil por el floema (sistemina).

• Defensa indirecta (resistencia)cuando las plantas por ellas mismas no pueden solucionar el problema, piden “ayuda” a otros organismos. Cuando la planta es atacada por un herbívoro y no puede eliminarlo con las sustancias químicas tóxicas emite sustancias químicas volátiles que atraen a predadores y parasitoides que protegen a la planta, al devorar o matar al herbívoro que se intenta comer a la planta.

• Tolerancia: cuando la planta no puede acabar con el herbívoro, ni por defensa directa ni indirecta lo que hace es tolerar. Lo que intenta es minimizar los daños producidos por el herbívoro mediante una serie de estrategias.

¿Cuáles son los mecanismos de defensa directa frente a herbívoros?

• Estructuras de tipo disuasorio (espinas, tricomas...): hacen que el herbívoro no se coma la planta o le guste menos

• Pueden generar metabolitos secundarios tóxicos (ej: nicotina) o repelentes por su olor o irritantes por contacto (también anticipinas?)

• Metabolitos semejantes a hormonas del herbívoro: que causan trastornos en su desarrollo, inhiben su crecimiento o anulan su capacidad reproductiva

• Reducción de la palatabilidad de la planta (lo agradable que le puede ser al herbívoro para comer): el caso de la lignificación que hace que las plantas sean más duras y más desagradables para comer. (también la polimerización de las quinasas- aumenta la dureza de la planta)

• Reducción de la digestibilidad de la planta: se dificulta la digestión de la planta por parte del herbívoro. Es el caso de la producción de inhibidores de proteasas, que inhiben las proteasas de los herbívoros dificultando la digestión de proteínas de la planta y afecta sustancialmente al desarrollo del herbívoro.

Explica la siguiente figura indicando la razón de que obtengan esos resultados

Experimento real con dos tipos de plantas:

wt: salvaje

JL5: no se puede aumentar el nivel de JA por encima de un determinado nivel

En ambos tipos se les aplica el estímulo de herida y se mira si se ha inducido resistencia (hay dos gráficas, la de las preguntas es la 4)

1) Escala de expresión de inhibidores de proteinquinasa. Se ve como a nivel local se da la expresión de pin1 y aumenta después del ataque. A nivel sistémico, tiene cierto retraso con el local, pero se ve la acumulación de ARNm tras el ataque. A la derecha está el mutante JL5, donde existe cierta inducción local de inhibidores de proteinquinasa en mucha menor medida que en el salvaje. No se observa ARNm.

4) Las orugas que han crecido en el mutante JL5 (indefensa) son más gordas que las que crecen en el salvaje. Todo esto se ve reflejado en las fotos de las plantas (en la mutante no hay expresión de proteínas PR prácticamente ni a nivel local ni sistémico), en la salvaje se ven con buen aspecto, pero a la otra planta se le han caído bastantes hojas.

Completa la figura siguiente y explícala:

Representa un esquema de los pasos en la defensa indirecta: pregunta 7

Herida, compuestos químicos de la saliva de la oruga

Cascada de transducción de señal

Síntesis y liberación de atrayentes volátiles

Reclutamiento de avispas parasitoides que ponen sus huevos dentro de la oruga

Explica en qué consiste la defensa indirecta frente a herbívoros

Defensa indirecta (resistencia): cuando las plantas por ellas mismas no pueden solucionar el problema, piden “ayuda” a otros organismos. Cuando la planta es atacada por un herbívoro y no puede eliminarlo con las sustancias químicas tóxicas emite sustancias químicas volátiles que atraen a predadores y parasitoides que protegen a la planta, al devorar o matar al herbívoro que se intenta comer a la planta.

Las señales son importantes, porque cuando sólo hay herida no se desencadena esto (la herida podría ser por otra cosa). Los compuestos químicos de la saliva de herbívoros (como FACS), que entran en contacto con la planta cuando se produce la herida, desencadenan una cascada de transducción de señal que provoca la aumento en la síntesis de compuestos volátiles que atraen a parásitos o depredadores del herbívoro. Pueden ser avispas parasitoides, que paralizan al herbívoro y ponen sus huevos dentro de la oruga, cuando eclosionan las larvas de avispa se comerán a la oruga.

Explica la siguiente figura

Esto forma parte de una gráfica ¡estudiar! Sobre qué ocurre a nivel fisiológico en Nicotiana attenuata en su defensa frente a Manduca-oruga-?

Tras el aumento de JA se producía un aumento de etileno. Esto va a provocar un estallido de etileno posterior al SA. Este estallido se cree que está relacionado con la síntesis de nicotina en la planta. Esto hace que se produzca la inhibición de la expresión del gen que codifica para la putrescina metiltransferasa (pmt) que participa en la transformación de la putrescina en nicotina. Disminuye por tanto la síntesis de nicotina. ¿Por qué hace esto la planta, teniendo en cuenta que la nicotina actúa en la defensa? Porque el parasitoide es un insecto y la nicotina es un insecticida. El parasitoide es sensible a la nicotina, pudiéndole causar daños (además no es efectiva frente a la oruga). La planta ha evolucionado de tal manera que detecta quién le está atacando y quién le puede ayudar (sino sucediese así, a la larga se disminuiría la población de avispas y por tanto también de Nicotiana).

Así, en la gráfica se ve como en el control (sin herida) el nivel de nicotina es mínimo y no varía a lo largo del tratamiento; en la planta con herida de tipo mecánico la cantidad de nicotina es mayor que en la planta con herida causada por la oruga.

Indica 4 mecanismos de tolerancia a herbívoros

• Activación de meristemos

• Aumento del número de yemas (ésta y la anterior están relacionadas con una mayor probabilidad de crecer)

• Almacenamiento de fotoasimilados en estructuras bajo tierra (como rizomas o tubérculos, que en muchos casos el herbívoro no puede acceder a ellos) o en el tallo (puede ser muy duro, menos palatable)

• Aumento de la capacidad fotosintética (la planta utiliza al máximo sus mecanismos fotosintéticos) y de absorción de nutrientes, de manera que crece más que lo que se come el herbívoro.

¿Qué es la sistemina? ¿Cómo y cuándo se sintetiza? ¿Cómo es percibida por la planta?

• En solanáceas (no se si es generalizable), la respuesta a herbívoros es a nivel sistémico y se ha detectado la señal que se transmite, que se conoce como sistemina.

• Cuando ataca el herbívoro se sintetiza prosistemina (precursor de unos 200 a.a.) y se libera a partir de ella la sistemina (fragmento de unos 18 a.a). Puede actuar a nivel local o sistémico por el floema.

• La percepción de sistemina se realiza por receptores de la membrana plasmática y desencadena la cadena de transducción de señal

¿Cómo se transduce la señal de la sistemina? ¿Qué tipos de genes se activan tras esa transducción?

Después de la unión de la sistemina al receptor se produce una serie de procesos (cascada de transducción de señal):

• Sale K+

• Entra Ca++ y H+

• Se inhiben ATPasas membranares

Esto provoca una despolarización de la membrana y alcalinización del medio extracelular. También se estimula la liberación de Ca++ al citosol por la vacuola y la síntesis de calmodulina (proteína de unión al Ca++ ). Se activan cascadas de MAP quinasas (proteínas dependientes de Ca++).

Se cree quelas MAP quinasas van a activar a una fosfolipasa II (PLA2 ), que actúa sobre la membrana, liberándose ácido linoleico, que sirve de precursor para el JA en la ruta octadecanoide. El JA inicia la cascada de transducción de señal, se sintetiza y libera etileno y se produce la expresión génica:

• Expresión temprana: independiente de la formación de especies activas de O2 y se expresan proteínas implicadas en la señalización (prosistemina...)

• Expresión tardía: dependiente de la formación de especies activas de O2, suele sintetizarse H2O2 y se expresan genes implicados en la defensa directa frente a herbívoros (inhibidores de proteasas...)

Explica la tabla y la figura que aparecen a continuación

Forma parte de una gráfica más grande (estudiar)

1) Se utilizan plantas de tabaco que presentan deficiencia en la expresión de la enzima PAL o bien su sobreexpresión. Si no hay PAL no hay ácido salicílico y la respuesta a patógenos es menor. Lo que se trata es de inducir SAR.

• Se inocula la hoja basal con tampón (control) y no? Hay SAR en la distal en todos los casos? ¿?se genera, ya que prácticamente no hay lesiones

• Cuando se inocula la basal de la planta que sobreexpresa la PAL, el diámetro de lesión es menor, van a tener mayor cantidad de ácido salicílico y se produce resistencia frente al virus.

• Las plantas que no sintetizan PAL (antisentido) no hay resistencia, no se puede sintetizar ácido salicílico, la infección es mayor (1.79)

2) Cuando se infecta también con un herbívoro:

• Control (salvaje): la oruga alimentada de la hoja inducida tiene menor tamaño que el control

• Sobreinducida: la oruga tiene un tamaño similar en la hoja inducida que el control, hay mayor cantidad de ácido salicílico, pero no es la señal adecuada para insectos masticadores como la oruga.

• Antisentido: la oruga que se alimenta de la planta inducida tiene mucho menor tamaño que la control y además es más pequeña que la oruga de la planta salvaje.

* Para salvajes (frente a TMV y oruga) sin transformar, se defiende contra ambos, no de la manera óptima, pero sí de la mejor manera que puede. Así, al ser resistente a una cosa, no deja de serlo a la otra. Intenta lograr un equilibrio (por eso muchas transgénicas plantean problemas).

* La oruga crece menos en este caso, debido a que existe una interacción en la producción de ácido salicílico (SAR) y la producción de etileno (herbívoro) y al no haber producción de salicílico se dispara la resistencia a herbívoros (aumenta mucho la producción de etileno).

* El ácido salicílico actúa inhibiendo la respuesta a herbívoros (como señal)

* Analizando los niveles de SA y JA (otra gráfica):

• Control: planta sin tratamiento

• Inducida: inoculación con tabaco

• Plantas que sobreexpresan PAL: disminuye el JA y aumenta el SA

• Plantas antisentido: disminuye el SA y aumenta el JA

TEMA 13: EFECTOS DE LA ENFERMEDAD EN LOS PROCESOS FISIOLÓGICOS DE LA PLANTA

Explica las razones por las que las plantas enfermas sufren alteraciones en su régimen hídrico:

La enfermedad produce alteraciones en el equilibrio hídrico y por tanto en la nutrición mineral. El transporte por el xilema se ve alterado y aparece la marchitez. Las causas pueden ser muy variadas:

• El patógeno puede taponar los haces por producción de determinadas sustancias como polisacáridos. La reacción de la propia planta también puede taponar por producción de sustancias que tratan de evitar el avance del patógeno e impide la ascensión del agua (por ejemplo obstrucción del xilema por tilosas, gomas o mucílagos para evitar la expansión del patógeno por la planta).

• También se produce marchitez por necrosis de los haces (Phytophtora en la raíz). La necrosis lleva consigo la producción de sustancias que dan lugar al taponamiento (impidiéndose el transporte y entrada de agua y nutrientes)

• En muchas enfermedades se dan cambios en los niveles de transpiración:

• Se puede dar un aumento de la transpiración durante la enfermedad debido a un aumento en la transpiración cuticular, producida por la degradación de la propia cutícula por el hongo al infectar la planta

• Se puede dar un aumento a nivel estomático: tras la infección, en ocasiones las plantas cambian su hábito de apertura/cierre de los estomas, no se produce el cierre de los estomas por la noche (no en todos, pero sí en gran cantidad). Así, el patógeno puede penetrar durante la noche en la planta, la planta aumenta la transpiración y se produce una mayor pérdida de agua. Va a haber algo en el patógeno que produce este cambio.

En las plantas enfermas se produce un aumento de la tasa de respiración ¿A qué causas puede deberse?

Un aumento en la tasa de respiración es uno de los primeros síntomas detectables tras la infección. Este aumento en algunos casos se ha dudado si se debía a cambios en la planta o a que el patógeno también respira y contribuye a aumentar la tasa de respiración. Se cree que el aumento se debe a una alteración en la planta, porque está el caso de los virus que no respiran y por tanto no pueden contribuir al aumento en la tasa de respiración. Causas:

• Los patógenos producen un desacoplamiento entre la transferencia de electrones y la fosforilación oxidativa. Hay agentes desacoplantes que separan la transferencia de electrones y la producción de ATP, no se produce ATP que debería autorregular el proceso respiratorio, por lo que aumenta la respiración (parece ser que es el patógeno el que produciría esos agentes desacoplantes).

• La infección favorece que las plantas enfermas aumenten el funcionamiento de la ruta de las pentosas fosfato. Esto se sabe por la proporción de C6 y C1, se marca la glucosa en el C1 o en el C6 y dependiendo de cual sea se obtendrá CO2 marcado radiactivamente o no. En plantas enfermas, el CO2 aparece marcado, lo que significa que proviene del C1 de la glucosa, lo que demuestra una mayor actividad de la ruta de las pentosas fosfato.

• Aparición de sistemas de oxidación terminal alternativos al sistema citocromo (es decir, distinto al de la cadena de transporte de electrones). Como por ejemplo un aumento de oxidasas: sistema de la ascorbato oxidasa o polifenol oxidasa, cuya actividad aumenta de forma importante por interacción con el patógeno. Son importantes sumideros de O2.

• Durante la interacción con el patógeno se produce un aumento generalizado de la biosíntesis de muchos compuestos, tanto defensivos como para su propio mantenimiento. Esta síntesis requiere mucho ATP, que se va a obtener por un aumento en la respiración.

Explica la siguiente figura:

¿De qué modo se ve afectada la fotosíntesis en plantas enfermas? ¿Por qué?

• La enfermedad conlleva generalmente a una disminución en la tasa fotosintética. Las causas pueden ser varias:

• Disminución de la superficie foliar por marchitez causada por enfermedades aéreas que provocan necrosis

• Que se produzca clorosis, que supone la desaparición de la clorofila y esto puede ser debido a:

* Aumento de la degradación de la clorofila por la clorofilasa

* Inhibición de la síntesis de clorofila

* Disminución del número de cloroplastos por célula, que reduce el contenido de clorofila en la planta

* Hay casos particulares en los que la zona de infección se convierte en un sumidero de nutrientes, por liberación de citoquininas (islas verdes), se conducen los fotosintatos a la zona de infección.

Cita tres ejemplos de alteraciones en el desarrollo en plantas enfermas indicando el patógeno causante y las fitohormonas implicadas.

• Agallas por Agrobacterium, que libera citoquininas y auxinas

TEMA 14: REGULACIÓN DEL DESARROLLO DE LA ENFERMEDAD POR LOS FACTORES AMBIENTALES

Explica la influencia de la temperatura sobre el desarrollo de la enfermedad

Cada patógeno tiene unos óptimos de Tª para crecer y desarrollarse. No sólo es importante para el crecimiento vegetativo, sino que también influye en la reproducción y producción de propágulos, para los que también hay Tª óptimas.

• El patógeno debe estar a una determinada Tª para poder producir enfermedad, pero la planta también debe tener una Tª adecuada. Para que ocurra la enfermedad debe haber una Tª alejada a la Tª óptima de la planta y que a su vez esté cercana al óptimo del patógeno (si la planta está en su Tª óptima puede desarrollar sus sistemas defensivos).

* Cuando la planta tiene baja Tª el patógeno tiene menor capacidad de producir enfermedad (por ejemplo Botrytis necesita Tª más bajas que los tomates, pimientos... por eso sus ataques son más preocupantes a finales de verano). A baja Tª se observa menor agresividad, el patógeno está latente (a menor Tª mayor latencia).

* En zonas templadas como la nuestra, las Tª adecuadas para la enfermedad se dan en primavera y otoño, porque también es óptimo el nivel de humedad. En verano, la Tª es demasiado elevada.

Explica la influencia de la humedad y el viento sobre el desarrollo de la enfermedad

Gráfica:

• A alta Tª y humedad relativa algo más baja que la saturación se producen esporangios

• En cuanto a la producción de lesiones en el tomate por Septoria: a mayor precipitación mayor número de lesiones

• El agua :

• Es necesaria para generar el aumento de presión en el apresorio.

• Es necesaria para la germinación de esporas (para que aparezca el tubo germinativo se necesita como estímulo la presencia de agua),

• También para que salgan del quiste los nematodos

• Aumenta el crecimiento micelial...

• El agua va a servir de vehículo de dispersión para el patógeno, en el suelo, en la parte aérea...

• El viento tiene efecto:

• Sobre la dispersión del patógeno, pero no de todas sus estructuras, ya que algunas son sensibles y pueden verse dañadas por la acción del viento (por ejemplo algunas esporas se resecan)

• Pueden causar daños mecánicos (heridas) en la planta, que favorecen la entrada de patógenos

• Pueden secar la superficie de la planta, lo que se relaciona con la humedad. En superficies secas los patógenos tienen menor capacidad de infección (no se forma el tubo de infección, no hay germinación...)

Explica cómo influye la luz en el desarrollo de la enfermedad

Va a tener efectos sobre el patógeno y el huésped:

• Patógeno: puede afectar a la germinación de esporas y ralentizar el crecimiento vegetativo en algunos hongos. A la vez, en otros (como Botrytis puede provocar esporulación.

• Planta: en ausencia de luz o rojo lejano, se producen plantas etioladas (plantas con poca clorofila, muy altas y de hojas grandes y más débiles), que son más susceptibles al ataque de patógenos (virus y hongos). Esto se ve si aplicamos este tipo de luz antes del ataque del patógeno a la planta.

• La mayor o menor tasa fotosintética hará que tenga más o menos recursos frente al patógeno

Explica la siguiente figura

Explica los efectos del fósforo, el potasio y el silicio en el desarrollo de la enfermedad.

• P: mejora el balance de nutrientes de la planta y acelera la madurez (aumentando la resistencia, ya que se puede expresae la resistencia de planta adulta), los tejidos son más resistentes (menos apetecibles para el patógeno).

• K: aumenta también la resistencia de la planta. Tiene efectos beneficiosos para el huésped, ya que dificulta el establecimiento (entrada) del patógeno, al favorecer la curación de las heridas y mejorar el crecimiento de la planta.

* En hongos, la deficiencia de na y K en la planta, favorece la capacidad de germinación de los conidios

* En las plantas el déficit de K y P aumenta la susceptibilidad a patógenos

• Si: Los silicatos van a ser muy importantes en gramíneas. A mayor cantidad de Si aplicado en el terreno, mayor es la presencia de Sílice en la planta (en gramíneas). A mayor cantidad de sílice menos enfermedad. El sílice se deposita en las paredes celulares de gramíneas, volviéndolas más rígidas y dificultando la infección (más resistencia a la penetración por hongos)

TEMA 15: DIAGNÓSTICO Y EPIDEMIOLOGÍA

Define síntoma, signo y síndrome

• Síntoma: reacción fisiológica o alteración de la planta como resultado de la enfermedad. Ejemplos: marchitez, agallas, enanismo, clorosis, lesiones en mosaico, tumores, necrosis de raíces...

• Signo: evidencia directa y visible de la presencia del patógeno o plaga. Ejemplos: presencia de micelio sobre el tallo, esclerocios, pústulas de bacterias, quistes de nematodos, puesta de huevos, larvas...

• Síndrome: conjunto de síntomas característicos de una enfermedad

Explica en qué consisten los métodos clásicos de diagnóstico de patógenos de plantas

Para confirmar el diagnóstico hay que mandar el problema al laboratorio. Si es totalmente desconocido hay que mandar suelo, raíces, flores, tallo, frutos... Si el problema es conocido se manda aquella parte que es definitiva para el diagnóstico

• Una vez en el laboratorio se hace un análisis con una lupa binocular y si hace falta se aísla a la llama y se hace un cultivo en placa.

• Si es necesario se hace un cultivo puro, para lo que es necesario que el patógeno esporule, por ello muchas veces se ilumina con UV que induce la esporulación.

• A veces, se usan trampas de suelo, para patógenos que entran por la raíz (como nematodos) y se mira que la muestra no lleve exceso de tierra o muchos patógenos distintos.

• A veces, se hace el cultivo en el suelo, también se puede extraer tierra directamente.

• Si el problema es debido a un virus se suelen utilizar técnicas moleculares

• Si es un hongo, se siembra el material (una vez aislado) y se hace crecer en un medio general (normalmente PDA), si se sospecha algo se puede hacer un medio selectivo.

• En el caso de bacterias la técnica es similar, se esteriliza la superficie, se rompe el material con agua estéril y se siembra. Hay que hacer subcultivos de las colonias para identificar la bacteria.

• En el caso de que el patógeno no haya sido descrito como tal en ningún sitio hay que recurrir a los postulados de Koch.

Explica en qué consiste el diagnóstico de patógenos de plantas por ELISA. Puedes ayudarte con un esquema o dibujo

Este tipo de diagnóstico es muy utilizado como sistema de detección de patógenos rápido, porque incluso se puede usar directamente en el campo ( se mete la muestra, una hoja por ejemplo previamente machacada y se analiza in situ), el problema es que no hay para todos los patógenos.

La presencia o ausencia de reacción se debe a la formación del complejo Ag-Ac (controles + y - , Ac1º y Ac 2º con sustrato que da reacción coloreada) . Mirar

Cita 4 métodos de diagnóstico de patógenos de plantas basados en técnicas bioquímicas o moleculares. Explica uno de ellos.

• Diagnóstico por ELISA: para aplicar esta prueba se saca un trozo de tejido de hoja o tallo y se muele. Los extractos de varias plantas se ponen en los distintos pocillos de una placa. Si los virus están presentes son atrapados por anticuerpos que reconocen las proteínas virales. Los anticuerpos están unidos a una enzima que origina un producto de color. De este modo, se obtiene una placa en que podemos distinguir plantas sanas (pocillos incoloros) y plantas infectadas (pocillos de color).

• Diagnóstico por PCR: es una técnica muy usada, pero sólo en laboratorio, permite saber si hay mucha variabilidad en el patógeno. Se utilizan cebadores que amplifican de forma específica el ADN presente del patógeno. Es fácil si secuenciamos el ADN del patógeno y encontramos alguna señal que sea específica.

• Diagnóstico por PCR en tiempo real: actualmente se está empezando a utilizar esta técnica, donde los oligos están unidos a un componente fluorescente. Se detecta la fluorescencia en una gráfica ( a partir de un número determinado de ciclos se aumenta la señal, es decir, la fluorescencia). Se detecta no sólo la presencia del patógeno, sino también la cantidad que hay.

• Diagnóstico por PCR anidada

Define enfermedad monocíclica, enfermedad policíclica y enfermedad poliética

• Monocíclica: el patógeno tiene una sola generación durante la temporada de cultivo. Hay un inóculo primario (en el suelo, otras plantas...) que dará lugar a infecciones primarias y esta situación se queda así. Aunque lleguen más inóculos posteriormente no les da tiempo a completar el ciclo.

• Policíclica: el patógeno tiene varias generaciones en una temporada. Se puede amplificar el efecto de la enfermedad, porque se pueden incorporar nuevos inóculos, pudiendo provocar grandes enfermedades.

• Poliética: el inóculo puede pasar la etapa invernal sin mayores problemas, lo cual implica que al año siguiente habrá más inóculo y en posteriores más todavía. Se pueden producir epidemias muy fuertes en muy poco tiempo y además suelen resistir muy bien las condiciones adversas.

TEMA 16: ESTRATEGIAS DE CONTROL DE LAS ENFERMEDADES

Indica cuáles son las 4 estrategias de control de las enfermedades

Exclusión del patógeno o plaga

Erradicación del patógeno o plaga o reducción del inóculo

Reducción de la velocidad de crecimiento y multiplicación del patógeno o plaga

Programas de control integrado: unen los distintos puntos anteriores respetando al máximo el medio ambiente

Explica cómo se puede llevar a cabo la exclusión del patógeno ¿y su erradicación?

• Exclusión del patógeno o plaga:

• Declaración de áreas libres de un patógeno o plaga

• Certificación de semilla libre de patógeno (se exige en las casas comerciales)

• Medidas de cuarentena: prohibición de entrada de determinados productos (por ejemplo a nivel de la UE)

• Erradicación del patógeno o plaga o reducción del inóculo

• Desinfección de semillas y de los materiales de propagación (esquejes, tubérculos...)

• Desinfección del suelo por métodos físicos, químicos...Un ejemplo es la solarización: se tapa el terreno con un plástico y se esparcen productos químicos, generándose mucho calor que produce la muerte de muchos patógenos

• Prácticas culturales como cultivos mixtos, rotación de cultivos (esto sólo sirve para patógenos que sobreviven poco tiempo sin la presencia del huésped), eliminar malas hierbas que pueden servir de reservorio para algunos patógenos ...

Indica las características que debería tener un fungicida perfecto

• Efectivo y persistente durante un determinado período de tiempo

• No debería ser citotóxico , es decir, no afectar a la propia planta

• No debería afectar a la flora, fauna, microorganismos, suelo... ya que pueden ayudar a controlar las plagas

• Los residuos en el cultivo no deben producir problemas para el consumidor

• No debe afectar al que lo aplica

• No debe ser peligroso en el transporte (explosivos)

• Debe ser fácil de aplicar en la dosis recomendada

• El método de formulación debería incrementar su eficiencia como funguicida

• No debe ser extremadamente caro

Explica la siguiente figura

• Se refiere al control químico de plagas:

Cambios en la sensibilidad del patógeno de la cebada Rhynchosporium secalis ante el fungicida SBI, en poblaciones de hongos entre 1975 y 1990.

Eje y: porcentaje de cepas

Eje x: concentración mínima inhibitoria

Se ve que en un principio la concentración de funguicida usado era baja y efectiva contra el patógeno, en 1987 ya se empezó a necesitar más concentración de funguicida para que disminuyera el porcentaje de cepas. Por último se ve como en 1990 la concentración de fungicida usado es mucho mayor y además crecen muchas más cepas. Estaríamos ante un caso de resistencia a los pesticidas.

Explica las diferencias entre un fungicida sistémico y uno de contacto (preventivo)

Protectores o de contacto	Sistémico
Acción profiláctica (prevención)	Acción terapéutica (curación)
Afectan muchos sistemas metabólicos	Pocos sistemas metabólicos afectados
Fitotoxicidad común	Fitotoxicidad rara
Resistencia del patógeno rara	Resistencia del patógeno común
Se confina en la superficie	Se trasloca por el xilema, floema o ambos

Explica qué son la resistencia, el resurgimiento y el reemplazo en relación al uso de pesticidas

• Resistencia en la población de la plaga o patógeno:

La llamada resistencia genética se produce porque entre los muchos individuos que componen la población de una plaga algunos poseen genes que hacen que el pesticida no sea tóxico para ellos y estos individuos aguantan la acción del pesticida sin morir. Son precisamente estos que no han muerto los que tienen descendencia y forman las nuevas poblaciones de la plaga que heredan el gen de resistencia y la acción del pesticida contra ellas será mucho menor. 

Como en los insectos y, en general en los organismos de las plagas, las generaciones se suceden unas a otras con rapidez y el tamaño de las poblaciones es muy grande, la resistencia genética se extiende en unos pocos años..

• Resurgimiento de una plaga controlada por enemigos naturales:

Otro de los principales problemas asociados al uso de pesticidas es el que estos matan no solo a la plaga, sino también a otros insectos beneficiosos como abejas, mariquitas y otros organismos. De esta forma pueden hacer desaparecer a los enemigos naturales de la plaga o provocar que estos se trasladen a otros lugares porque ya no encuentran alimento en ese campo y, después de un breve periodo, la población de la plaga rebrota y además en mayor cantidad que antes al no tener enemigos naturales.

• Reemplazo de una plaga por otra:

Las alteraciones en el ecosistema citadas han provocado, en algunas ocasiones, que organismos que hasta ese momento no eran plagas, al desaparecer otras especies que mantenían controlado su número, se hayan convertido en nuevas plagas. Al usar los pesticidas para eliminar una plaga se pueden eliminar, como efecto secundario, los enemigos naturales que mantenían a raya a otra potencial plaga (pero que hasta ese momento no lo era).

Explica en qué consiste el control biológico

El control biológico se presenta como una alternativa eficaz, esperanzadora y libre de riesgo frente a los numerosos y crecientes problemas derivados del uso de los productos químicos biocidas. El control biológico por definición, consiste en la aplicación de técnicas compatibles con la conservación del Medio Ambiente mediante el uso de los enemigos naturales de las plagas que actuando de un modo natural, controlan el nivel poblacional de las especies plaga sin ocasionar problemas de contaminación ni de residuos.

El control biológico se define como una actividad en la que se manipulan una serie de enemigos naturales, también llamados depredadores, con el objetivo de reducir o incluso llegar a combatir por completo a parásitos que afecten a una plantación determinada.

Se pretende controlar las plagas a través de enemigos naturales, es decir, otros insectos que son depredadores de la plaga y son inofensivos a la plantación. El método de control biológico puede ser muy eficaz.

Control biológico “puede definirse como la acción de parásitos, predadores o patógenos para mantener la densidad de población de otro organismo, a un promedio más bajo que el que existiría en su ausencia”

Existen muchas formas diferentes de hacer lucha biológica, ya sea utilizando insectos parásitos o predadores, conocidos como entomófagos o también mediante el uso de entomopatógenos: hongos, bacterias, virus y también nematodos. El modo de acción de estos grupos es completamente diferente, pero siempre persiguiendo un mismo fin, el de matar a la plaga, que puede ser un insecto, mala hierba, ratones u hongos fitopatógenos. Los entomófagos pueden ser insectos que parasitan (parasitoides) o predan (predadores) a otros insectos o artrópodos.

Los agentes de control biológico pueden:

• Pueden interaccionar con el medio ambiente: compitiendo con el patógeno por los nutrientes, alteraciones de pH...

• Pueden interaccionar directamente con el patógeno: predadores de la plaga, patógenos que ataquen a la plaga, parasitoides de la plaga, hongos que parasitan otros hongos (micoparasitismo)

• ¿?Inducen la defensa del huésped

Define lucha integrada e indica sus objetivos

• Lucha integrada: es un método de control de plagas y enfermedades que aplica un conjunto de métodos satisfactorios desde el punto de vista económico, ecológico y toxicológico, dando prioridad al empleo de elementos naturales de regulación y respetando los umbrales de tolerancia.

• Objetivos:

• Reducir al mínimo posible los efectos adversos de los métodos de control en la salud humana y la calidad ambiental

• Aumentar al máximo posible los beneficios de los métodos de control sobre la producción de los cultivos (aumentar al máximo el beneficio económico)

Para que se cumpla hay que realizar:

* Muestreo, pronóstico y umbrales

* Control químico: bioracional o convencional

* Control cultural (rotación de cultivos...)

* Biocontrol

Infección de una hoja

Degradación

Metilsalicilato

Acumulación de SA

Induce la SAR

Transmisión de la señal

desconocida (por el floema)

Los aumentos en la tasa de respiración se producen en momento distintos dependiendo del tipo de patógenos:

• En necrótrofos se produce un aumento inicial (antes que en biótrofos) de la respiración, pero después tiene lugar una caída, debido a que el tejido está muerto.

• En biótrofos se produce un aumento continuado.

Se relaciona con la nutrición mineral y la concentración de N: a mayor concentración de N mayor grado de enfermedad (este N es aportado por el abono).

Con exceso de N la planta crece más, pero sus tejidos se vuelven más blandos, lo que va a favorecer la entrada del patógeno. Este exceso también retarda la madurez de la planta (se favorece el crecimiento vegetativo frente al reproductivo).

También depende de la forma en la que esté disponible el N (amonio o nitratos), normalmente los abonos llevan parte del N en forma de amonio y parte en forma de nitrato. El NO3- tarda más en estar disponible, pero es mejor desde el punto de vista de la susceptibilidad de la planta, hay más problemas con el N amoniacal.