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Lucía Otón González Daniel Peña Jiménez. Introducción Genes y enfermedad Variabilidad en los organismos Mecanismos de variabilidad Etapas de variación.

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Presentación del tema: "Lucía Otón González Daniel Peña Jiménez. Introducción Genes y enfermedad Variabilidad en los organismos Mecanismos de variabilidad Etapas de variación."— Transcripción de la presentación:

1 Lucía Otón González Daniel Peña Jiménez

2 Introducción Genes y enfermedad Variabilidad en los organismos Mecanismos de variabilidad Etapas de variación en los patógenos Genética de la virulencia en los patógenos y de la resistencia en las plantas hospedantes Producción de las variedades resistentes

3 Información genética Ácido nucléico Células vegetales ADN ARNADN Plásmidos Núcleo Mitocondrias Cloroplastos

4 ¿Qué es un gen? Segmento de ADN que codifica para una proteína o molécula de ARN EIEIE Procariotas Eucariotas

5 ¿Qué es un gen? No todos los genes se expresan en el mismo momento Según las necesidades de la célula Promotores, terminadores, condensación de la cromatina

6 En general Patógenos específicos de cada planta Fusarium oxysporum lycopersici Venturia inaequalis Marchitez del tomate Roña del manzano

7 Lo que permite el desarrollo de una cierta enfermedad Genes del patógeno que determinan la especificidad o la virulencia sobre el hospedante en particular. HospedanteGenes de susceptibilidad y especificidad

8 Patógenos que atacan múltiples plantas Genes diversos Genes con amplio espectro Una planta puede ser susceptible por hasta 200 patógenos diferentes, lo normal es menos de 100

9 Las características de un organismo no son fijas, varían de un individuo a otro Reproducción sexual aumenta la variabilidad, los individuos serán diferentes entre sí y de sus progenitores Reproducción asexual disminuye la variabilidad

10 Generales Especializados Recombinación Mutación Fusarium verticillioides Pseudomonas syringae Virus del mosaico del tabaco

11 Ocurre durante la reproducción sexual en: Plantas Hongos Nematodos La mayoría de los organismos producen variabilidad mediante segregación y recombinación de genes durante la meiosis.

12 En hongos estos gametos haploides se dividen mitóticamente para producir el micelio y las esporas.

13 Es un cambio en el material genético de un organismo, dependiendo de donde se produzcan pueden ser: Somáticas Germinales Se transmiten hereditariamente NO HEREDABLE HEREDABLE

14 Dependiendo de la magnitud del cambio: Genómicas: Varía el nº de cromosomas. Cromosómicas: Cambios en la secuencia de los genes. Deleciones Inserciones Translocaciones Génicas: Cambios de bases Sustitución de bases Adición Deleción

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16 Las mutaciones ocurren espontáneamente La mayoría son recesivas, no tienen por qué expresarse. Los patógenos por lo general tienen mucha descendencia, de modo que es más posible que ocurran mutaciones, generando individuos con distinto grado de virulencia

17 El ADN extranuclear también muta. Este ADN controla algunas características de los organismos, estas mutaciones son más difíciles de detectar porque no siguen las leyes de la genética mendeliana. HERENCIA CITOPLASMÁTICA

18 Este tipo de mutación puede darle al patógeno nuevas características: Tolerancia a sustancias tóxicas Uso de nuevas sustancias para crecer Modificación de su virulencia También los hospedantes pueden adquirir nuevas características Resistencia

19 Ocurren en determinado tipo de organismos son: Procesos semejantes a la sexualidad en hongos Heterocariosis Parasexualismo Heteroploidía Formación de sectores Procesos semejantes a la sexualidad en bacterias Conjugación Transformación Transducción Recombinación genética en virus

20 Como resultado de la anastomosis, las células de las hifas poseen núcleos genéticamente diferentes

21 Es el proceso por el cual se producen recombinaciones genéticas dentro de los heterocariontes Los núcleos se fusionan y posteriormente se dividen.

22 Se trata de células, tejidos u organismos completos con números cromosómicos que difieren del normal para esos organismos. Está asociado al ciclo celular La expresión es proporcional al número de cromosomas que haya. Afecta a la tasa de crecimiento, tamaño, producción de esporas, patogenicidad…

23 Desarrollo de hongos morfológicamente distintos dentro de una misma colonia. También pueden diferir en patogenicidad Puede ser resultado de heteroploidía, aunque también de mutaciones, heterocariosis o parasexualismo.

24 Transferencia de ADN entre dos bacterias compatibles que se ponen en contacto, mediada por la presencia de un plásmido conjugativo.

25 Captura e incorporación de ADN libre.

26 Transferencia de ADN mediada por un virus: Generalizada Especializada

27 Cuando dos cepas del mismo virus infectan el mismo organismo se obtienen recombinantes, diferentes a las originales.

28 La virulencia de un patógeno puede disminuir cuando se mantiene durante un largo periodo en el cultivo, o cuando pasan varias veces a través de diferentes hospedadores. Pérdida de virulencia Atenuación Esta virulencia puede volver a recuperarse, aunque en algunos casos es irreversible Selección de individuos menos virulentos/ avirulentos Sustituyen a los virulentos

29 Dentro de las poblaciones de patógenos podemos encontrar diferentes: Variedades: Se trata de algunos individuos de una especie que atacan a una determinada especie de hospedante. Razas: Individuos de una especie patogénica que ataca a algunas variedades de planta hospedante, y a otras no.

30 Variante: Individuos de una especia de patógeno que modifica su virulencia, pudiendo infectar a una nueva variedad de planta. Biotipo: Individuos idénticos producidos asexualmente por un variante. Proliferar Morir

31 Hay plantas resistentes frente a ciertos patógenos porque pertenecen a grupos taxonómicos inmunes a ellos. Porque tienen genes que proporcionan resistencia. Porque escapan o toleran la infección. RESISTENCIA DE PLANTAS NO HOSPEDANTES RESISTENCIA VERDADERA RESISTENCIA APARENTE

32 Existe variación en cuanto a la susceptibilidad de las variedades de cultivares frente a un patógeno. También se encuentran diferencias en cuanto a la virulencia de los patógenos que infectan una planta. Mayor Menor

33 Es la resistencia que tiene aquel tipo de plantas que no es capaz de ser infectado por un patógeno, o para la cual ese patógeno no tiene ningún efecto. Esas plantas, por su parte, mostrarán sensibilidad para sus propios patógenos.

34 Es aquella que está controlada por la presencia de uno o varios genes. El hospedante y patógeno son más o menos incompatibles entre sí. Dos tipos: Horizontal vertical

35 Se encuentra bajo el control de muchos genes. Puede verse afectada por las condiciones ambientales. NO evita la infección RESISTENCIA POLIGÉNICA RETRASA LA PROPAGACIÓN DE LA ENFERMEDAD

36 Controlada por uno o algunos genes Controlan la etapa de interacción entre planta- patogeno RESISTENCIA OLIGOGÉNICA EVITA EL ESTABLECIMIENTO DEL PATÓGENO Desarrolla respuestas de hipersensibilidad

37 Este tipo de resistencia engloba otro tipo de resistencia también importante en plantas: La resistencia está bajo el control del material genético dispuesto en el citoplasma. RESISTENCIA CITOPLASMÁTICA Tizón foliar amarillo Tizón foliar sureño del maíz

38 La presentan aquellas plantas que permanecen libres de las infecciones por sus propios patógenos. Esto puede ocurrir porque: La planta escape a la enfermedad. Tolere la enfermedad.

39 Para que ocurra una infección tienen que darse a la vez los siguientes fenómenos: Huésped susceptible. Patógeno virulento. Ambiente favorable. No coincidencia = No enfermedad

40 Hay cultivos que pueden dar buenas cosechas a pesar de estar infectados. Son susceptibles a la enfermedad, pero presentan una falta de receptores. Este tipo de plantas no son destruidas por los patógenos, y en algunas ocasiones pueden producir una mejora en la cosecha.

41 Los patógenos son específicos para un tipo de planta, a la cual son capaces de causarle enfermedad. Especies cultivadas Mejoramiento genético Especificidad depende GENOTIPO Planta Patógeno Nuevas razas de patógenos Presión de selección

42 La resistencia de una planta o la virulencia vienen determinadas por una serie de genes. Genes que determinan la resistencia oligogénica/susceptibilidad en la planta son complementarios a los que determinan la virulencia/avirulencia en el patógeno.

43 Generalmente los genes de resistencia en el hospedante son dominantes (R) y los de susceptibilidad recesivos (r). En patógenos los genes Avr son los que confieren las características: (A) avirulencia, (a) patogenicidad.

44 Virulencia Grado de patogenicidad. El concepto de gen por gen propone que: Determina la resistencia del hospedante Horizontal Vertical POR CADA GEN DE RESISTENCIA EN EL HOSPEDANTE, EXISTE UN GEN DE VIRULENCIA EN EL PATÓGENO

45 Tiene que ver con el reconocimiento entre los distintos genes correspondientes. En cuanto a las interacciones planta-patógeno pueden ser: Incompatibles Reacción hipersensible. Compatibles La enfermedad se establece.

46 Este reconocimiento puede ser tanto extracelular como intracelular. Los productos de R reconocen regiones de Avr e inician una respuesta. El reconocimiento entre los genes Avr y R activa cascadas de señales y vías de transducción para la expresión de los genes de la defensa.

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48 Los genes se encuentran regulados mediante represores y activadores, que reprimen o promueven su expresión. Una vez se produce la infección, las partículas patogénicas son reconocidas e inactivan el represor de los genes para la defensa. Entonces se transcribirá el operón dando lugar a sustancias tóxicas para el patógeno.

49 P P R R

50 Los patógenos pueden escapar a este tipo de respuesta: Neutralizando la sustancia que se forma. Cambiando o bloqueando el sitio de acción de la sustancia.

51 Plantas contínuo contacto con otros organismos REGLA EXCEPCIÓN Algunos patógenos Normalmente permanecen sanas Mecanismos de defensa Resistencia Avirulencia Susceptibilidad Virulencia

52 El ataque de patógenos es una situación desfavorable DETENER AMINORAR CONTRARRESTAR Estos mecanismos de defensa pueden ser: Constitutivos. Inducidos. ActivaMecanismos de defensa Infección

53 FÍSICOS: Capas gruesas de cutícula Presencia de tricomas Deposición de ceras… QUÍMICOS: Acumulación de compuestos tóxicos NO INVOLUCRAN UNA RESPUESTA ACTIVA

54 Como respuesta a la infección de un patógeno, son: Reacción hipersensible Muerte celular programada. Producción de fitoalexinas. Formación de barreras estructurales Físicas: lignina. Producción de proteínas para la resistencia.

55 Variabilidad natural en las plantas Efectos del mejoramiento genético de las plantas sobre su variabilidad Mejoramiento genético de las plantas para obtener resistencia a las enfermedades

56 Millones de años de evolución Plantas de cultivo actuales Signo de que portan muchos genes de resistencia a patógenos Sección y reproducción de líneas vegetales Su supervivencia en presencia de patógenos

57 Comienzos de la agricultura Selección de plantas silvestres de cada localidad La naturaleza y los patógenos Débiles Agricultores Mejor producción

58 Pasos iniciales Aumento de variabilidad de las plantas de una localidad Se combinan genes que se encontraban muy lejanos Pasos subsecuentesEliminan variabilidad Se combinan los mejores genes

59 En poco tiempo algunas variedades mejoradas reemplazan a la mayoría o a todo el resto de plantas de una extensa área Pueden ser adoptadas por otros países y reemplazar a las variedades locales

60 Estas variedades se usan mucho porque Fáciles de obtener Estables y uniformes Todos quieren cultivarlas No sólo hay beneficiosPeligros de la uniformidad Vulnerabilidad de grandes plantaciones a brotes repentinos de epifitias de graves consecuencias

61 Fuentes de genes de resistencia Técnicas que se utilizan en el mejoramiento genético clásico para obtener resistencia a las enfermedades Mejoramiento genético de las plantas para obtener resistencia al patógeno utilizando las técnicas del cultivo de tejidos y la ingeniería genética Ventajas y problemas del mejoramiento genético para la obtención de resistencia vertical u horizontal Vulnerabilidad de cultivos genéticamente uniformes a las epidemias en las plantas

62 Mejoramiento genético Variedades con alta productividad y de buena calidad Prueba de resistencia a patógenos de la zona SusceptibleResistente Distribución para su producción Se guarda, se descarta o se distribuye

63 -Otras variedades comerciales locales de o de otros lugares -Variedades antiguas abandonadas -Plantas emparentadas con el tipo silvestre -Mutaciones inducidas Genes en variedades que crecen en zonas de la enfermedad

64 Mismos métodos que se utilizan para mejorar cualquier característica heredable Para hacer plantas resistentes a una enfermedad Dependen del sistema de cruza Autopolinización Polinización cruzada ¡Proceso mucho más complicado!

65 1)Solo puede ponerse en práctica cuando se ha inducido la enfermedad Organismo vivo y variable 2)La resistencia puede no ser estable y abatirse en ciertas condiciones Se han desarrollado sistemas: - Condiciones precisas de inoculación del patógeno - Monitoreo y control de las condiciones ambientales - Evaluación precisa de la incidencia de las enfermedades y severidad de la enfermedad

66 1)Selección masiva de semillas 2)Selección del pedigrí o de líneas puras Plantas con resistencias más altas No hay control en polinización cruzada Fácil con autopolinización

67 3)Selección recurrente o retrocruza RS Fácil en polinización cruzada, tiempo Útil

68 4) Uso de mutágenos como luz ultravioleta o sustancias químicas

69 Cultivos de tejidos Ingeniería genética -Propagación de meristemos apicales -Cultivo de callos y de células vegetales individuales -Producción de plantas haploides -Aislamiento, cultivo, transformación, fusión y regeneración de protoplastos Detectar, aislar, modificar, transferir y expresar genes

70 1) Cultivo de tejidos de plantas resistentes a la enfermedad

71 2) Aislamiento de mutantes resistentes a la enfermedad a partir de cultivos de células vegetales Estas plantas muestran gran variabilidad VARIACIÓN SOMACLONAL InútilesÚtiles

72 Phytophtora infestans Alternaria solani 5/500 20/800

73 3) Producción de dihaploides resistentes a partir de plantas haploides Colchicina

74 4) Aumento de la resistencia a enfermedades por la fusión de protoplastos

75 5) Transformación genética de células vegetales resistentes a enfermedades ¡Es posible introducir DNA en células o protoplastos! -Agrobacterium tumefaciens -Microinyección -Electroporación -Biolística

76 Agrobacterium tumefaciens

77 Microinyección de DNA

78 Electroporación

79 Biolística

80 Las plantas que muestran resistencia vertical pueden ser totalmente resistentes a un patógeno Las plantas que muestran resistencia horizontal nunca es totalmente resistente o totalmente susceptible Fácil de manejar en programa de mejoramiento genético Confiere una resistencia permanente, no se pierde

81 La resistencia no es para siempre, ya que los patógenos mutan La uniformidad genética no se desea, a veces es catastrófica por una epifitia Usar medios de control químico también

82 Madriz K Mecanismos de defensa en las interacciones planta-patógeno. Manejo integrado de plagas. 63: De Wit, PJGM Pathogen avirulance and plant resistance: a key role for recognition. Trends in plant science. 2: Benítez A Mejora clásica y mejora biotecnológica. Técnicas principales de biotecnología vegetal. Avances recientes en biotecnología vegetal e ingeniería genética de plantas. Cap 2 y 3: Ed. reverté

83 Serrano M, Piñol M.T Cultivo de tejidos y células. Cap. 6: Biología del Agrobacterium tumefaciens. Cap. 14: Agrobacterium tumefaciens como vector de genes. Cap. 15: Métodos de transformación directa. Cap. 19: Biotecnología begetal. Ed. Ciencias de la vida. Agrios G. N Genética de las enfermedades de las plantas. Fitopatología. Cap 6: Ed. Noriega.

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