Exámen de Premio Fisiología Vegetal Respuestas de las plantas al estrés hídrico Rogelio R. Muñoz Li Universidad de Oriente Facultad de Ciencias Naturales.

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1 Exámen de Premio Fisiología Vegetal Respuestas de las plantas al estrés hídrico Rogelio R. Muñoz Li Universidad de Oriente Facultad de Ciencias Naturales y Exactas Departamento de Biología y Geografía 2019

2 INTRODUCCIÓN Agua 80-95% de la masa de los tejidos en crecimiento Permite el movimiento de moléculas dentro y entre las células Influye en la estructura y estabilidad de proteínas y polisacáridos Importante para la expansión celular y la integridad físico-químicas de la pared celular Regulación del crecimiento, proliferación, exocitosis, endocitosis, señalización, metabolismo, apoptosis 80-95% de la masa de los tejidos en crecimiento Permite el movimiento de moléculas dentro y entre las células Influye en la estructura y estabilidad de proteínas y polisacáridos Importante para la expansión celular y la integridad físico-químicas de la pared celular Regulación del crecimiento, proliferación, exocitosis, endocitosis, señalización, metabolismo, apoptosis

3 INTRODUCCIÓN Agua Una cantidad limitada o excesiva constituye un factor inductor de situaciones adversas o estresantes

4 INTRODUCCIÓN Reducción del contenido hídrico de la planta Pérdida de turgencia celular Reducción de la tasa de expansión celular Disminución de la síntesis de la pared celular Cierre estomacal Cavitación de los elementos del xilema Caída de hojas Acumulación de solutos orgánicos

5 INTRODUCCIÓN Desarrollo de respuestas que permiten la tolerancia al déficit de agua Estrés hídrico leve Disminución del potencial hídrico al mediodía Estrés hídrico severo Hábitats desérticos

6 INTRODUCCIÓN Desarrollo de respuestas que permiten la tolerancia al déficit de agua Anatómicas y morfológicas CelularesMoleculares

7 Tasa de transpiración Toma de agua DESARROLLO Estrés hídrico Poco agua en el ambiente Bajas o altas temperaturas Elevada salinidad del suelo Baja retención por el suelo Baja presión de vapor atmosférico Poco agua en el ambiente Bajas o altas temperaturas Elevada salinidad del suelo Baja retención por el suelo Baja presión de vapor atmosférico

8 DESARROLLO Adaptaciones Metabolismo C4 Metabolismo ácido de las crasuláceas o CAM Metabolismo C4 Metabolismo ácido de las crasuláceas o CAM Explotar ambientes más áridos

9 DESARROLLO Adaptaciones Plantas C4 Separación física entre el proceso de asimilación del CO 2 que se produce en las células del mesófilo y la reducción del mismo a carbohidratos que tiene lugar en el parénquima perivascular donde se acumula CO 2 Se genera una mayor concentración de CO 2 en el sitio de carboxilación de la ribulosa bifosfato lo cual resulta en una supresión de la oxigenación (fotorespiración) Separación física entre el proceso de asimilación del CO 2 que se produce en las células del mesófilo y la reducción del mismo a carbohidratos que tiene lugar en el parénquima perivascular donde se acumula CO 2 Se genera una mayor concentración de CO 2 en el sitio de carboxilación de la ribulosa bifosfato lo cual resulta en una supresión de la oxigenación (fotorespiración)

10 DESARROLLO Adaptaciones Plantas CAM Separación temporal de la fijación del CO 2 respecto a las reacciones dependientes de la luz de la fotosíntesis El CO 2 atmosférico se acumula durante la noche cuando la humedad permite mantener los estomas abiertos El CO 2 se asimila como ácido málico y se almacena en la vacuola En el día se cierran los estomas deteniendo la asimilación y previniendo la pérdida de agua La alta concentración de CO 2 generada en el citoplasma reduce la fotorrespiración Separación temporal de la fijación del CO 2 respecto a las reacciones dependientes de la luz de la fotosíntesis El CO 2 atmosférico se acumula durante la noche cuando la humedad permite mantener los estomas abiertos El CO 2 se asimila como ácido málico y se almacena en la vacuola En el día se cierran los estomas deteniendo la asimilación y previniendo la pérdida de agua La alta concentración de CO 2 generada en el citoplasma reduce la fotorrespiración

11 DESARROLLO Mecanismos de aclimatación y cambios fisiológicos Cambios en procesos de desarrollo y crecimiento Limitación específica de la expansión foliar Desarrollo de la raíz Cierre estomacal regulado por el ácido abscísico (ABA) El ABA incrementa su concentración en la hoja debido a la descompartimentación y redistribución desde los cloroplastos de las células del mesófilo y a la síntesis y transporte desde las raíces Cambios en procesos de desarrollo y crecimiento Limitación específica de la expansión foliar Desarrollo de la raíz Cierre estomacal regulado por el ácido abscísico (ABA) El ABA incrementa su concentración en la hoja debido a la descompartimentación y redistribución desde los cloroplastos de las células del mesófilo y a la síntesis y transporte desde las raíces

12 DESARROLLO Cambios a nivel celular Ajuste osmótico con la disminución del potencial hídrico en los tejidos que provoca la entrada de agua y evita la pérdida de turgencia y de productividad fotosintética Biosíntesis de osmolitos orgánicos (citoplasma) de bajo peso molecular y acumulación de iones (vacuola) Ajuste osmótico con la disminución del potencial hídrico en los tejidos que provoca la entrada de agua y evita la pérdida de turgencia y de productividad fotosintética Biosíntesis de osmolitos orgánicos (citoplasma) de bajo peso molecular y acumulación de iones (vacuola) ABA

13 Cambios a nivel molecular Modificación en la expresión de genes Alteración en la expresión de proteínas Aumento de las proteínas LEA (Late Embriogenesis Abundant Proteins) involucradas en las vías de síntesis de los osmolitos y funcionan como antioxidantes El incremento en la expresión de los genes codificantes para las LEA se asocia a la protección de la integridad celular y mantenimiento de la homeostasis Modificación en la expresión de genes Alteración en la expresión de proteínas Aumento de las proteínas LEA (Late Embriogenesis Abundant Proteins) involucradas en las vías de síntesis de los osmolitos y funcionan como antioxidantes El incremento en la expresión de los genes codificantes para las LEA se asocia a la protección de la integridad celular y mantenimiento de la homeostasis DESARROLLO

14 Cambios a nivel molecular Sobreexpresión de proteínas de choque térmico y enzimas antioxidantes Superóxido dismutasa Catalasa Ascorbato peroxidasa Peroxidasa Glutatión reductasa Monodehidroascorbato reductasa Sobreexpresión de proteínas de choque térmico y enzimas antioxidantes Superóxido dismutasa Catalasa Ascorbato peroxidasa Peroxidasa Glutatión reductasa Monodehidroascorbato reductasa DESARROLLO

15 Las plantas desarrollan estrategias necesarias para la respuesta a los distintitos niveles de estrés hídrico Algunos grupos vegetales presentan adaptaciones metabólicas en la asimilación del CO 2 que disminuyen la pérdida de agua por la transpiración, permitiéndoles resistir ambientes áridos Las respuestas al estrés hídrico involucran factores anatómicos, fisiológicos, celulares y moleculares El ABA es de gran importancia en el cierre de los estomas y la síntesis de solutos compatibles Los cambios en la expresividad de determinados genes y proteínas es un factor esencial para enfrentar el estrés hídrico CONCLUSIONES

16 Exámen de Premio Fisiología Vegetal Respuestas de las plantas al estrés hídrico Rogelio R. Muñoz Li Universidad de Oriente Facultad de Ciencias Naturales y Exactas Departamento de Biología y Geografía 2019