“El tallo en maíz, además de un soporte conductor, un reservorio dinámico de carbohidratos ” Irapuato, Guanajuato a 23 enero 2013 [email protected]Lab. Metabolómica y Fisiología Molecular Cinvestav Unidad Irapuato Irapuato M. En C. Sheila Juárez Colunga er Taller Nacional de Maíz Forrajero
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El tallo en maiz, ademas de un soporte conductor, un reservorio dinamico de carbohidratos"
Taller Nacional de Maiz Forrajero, 1er; Guanajuato (Mexico); 23 enero 2013
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Transcript
“El tallo en maíz, además de un soporte conductor, un reservorio
Clasificación en base a su disponibilidad para el metabolismo de la planta:
- Estructurales: Pectina, Celulosa, Hemicelulosa
- No estructurales (CNE)
• Solubles: Glc, Frc, Suc, Malt
• Insolubles: Almidón
Los azúcares son transportados en sus formas NO reductoras
Suc es NO reductor
Principal azúcar transportado en el floema
Winter y col., 1992
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INTRODUCCIÓN
Fuente / Source: órganos / tejidos fotosintéticamente activos que producen carbohidratos y los aportan para otros órganos y para sí mismos
Sumidero / Sink: órganos /tejidos que demandan los carbohidratos que se producen en otros órganos
Chikov y Bakirova, 2004; Blanke, 2009
HOJAS
MAZORCA
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* Modelo Fuente-Sumidero
VI. CONCLUSIONESRelevancia del estudio de tallos de maíz…
Características deseables en los cultivos para ser usados en la producción de biocombustibles
Recursos genéticos susceptibles para mejoramiento
Disponibilidad y equipo técnico para su producción y cosecha
Ragauskas y col., 2006; White y col., 2011
Calidad nutricional de los forrajes determinada por la cantidad de azúcares solubles y almidón
Caña de azúcar: 218 – 614mM CNEWelbaum y Meinzer,1990; Zhu y col., 1997
Uso de “traits” secundarios en mejoramiento genético ayuda a seleccionar mejor bajo condiciones de estrés
ASI, número de granos, altura de la planta, mazorcas por planta
Banziger y col, 2000
Paziani y col., 2009
15% proyectos apoyados por SAGARPA, usan maíz
Monneveux y col., 2008
Aprovechar residuos vegetativos
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Importancia MaízLa mayoría de estudios bioquímicos y moleculares se han enfocado a órganos como las hojas y la mazorca
Tallo es el menos estudiado
¿Relevancia de los carbohidratos del tallo de maíz en mejoramiento genético?
INTRODUCCIÓN
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Referencia Especie Condición EfectoScofiel et al., 2009. Annals of Botany
Trigo Etapas de desarrollo, estrés por deficiencia de Nitrógeno
Cambios en contenido de CNE alrededor de la floración. Incremento en el contenido de Azúcares solubles en bajo N
Zheng et al., 2009. Plant Production Science
Papa Sequía y Sombreado durante 17d (ensanchamiento tubérculo)
Los CNE almacenados en la base del tallo contribuyen al ensachamiento del tubérculo en 37% y 54% al Peso seco por ambos factores, respectivamente
Walton et al., 2010. Postharvest Biology and Technology
Paeonia lactiflora
Pall.
Poscosecha, condiciones de almacenamiento y através del tiempo
Los tallos de Paeonia lactiflora Pall. tienen suficientes reservas de CNE para brotar y florear después de haber sido cortados,y almacenados hasta por 8 semanas a 0°C, y tener un tiempo de vida en florero de 10d
HIPÓTESIS
El tallo en maíz además de dar soporte a la planta y ser un conducto de transporte de sacarosa, cumple una función de almacenamiento de otros carbohidratos. Los cuales se ven afectados por diferentes condiciones como la etapa de desarrollo, remoción de órganos fuente y sumidero, estrés por sequía, época de siembra y por el genotipo.
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OBJETIVOS
General
Determinar si hay una movilización dinámica de carbohidratos en tallos de maíz bajo diferentes condiciones de crecimiento y manejo del cultivo.
Particulares
Cuantificar glucosa, fructosa, sacarosa y almidón en tallos de maíz bajo las siguientes condiciones:
I. Estados de desarrollo y fechas de siembra
II. Remoción del sumidero (mazorca) y de la fuente (hoja)
III. Riego normal y sequía
IV. Diferentes genotipos
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CONTENIDO
MATERIALES Y MÉTODOS
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Tres grandes experimentos
Cambios bioquímicos en el tallo de maíz dados por :
I. Etapas de Desarrollo
III. Estrés Hídrico
II. Remoción Fuente - Sumidero
5 híbridos
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Para familiarizarnos con los términos…
Hoja laminar (Leaf blade)
Vaina (Leaf sheath)
Pelos (Silk)
Jilote (Ear)
Vaina
Lígula
Hoja Laminar
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Cin
vestav
Uni
dad
Ira
pua
toIr
ap
uato
SECUENCIA en los muestreos
Siembra Muestrea la planta a una edad especifica Se registran parámetros agronómicos ** Se eliminan la espiga y las láminas foliares Se pesa el tallo (con vainas)
Se muele con un extractor Se pesa la cantidad de jugo Se toman alícuotas 1mL de jugo Se congelan y almacenan a -80°C hasta realizar las mediciones bioquímicas
MÉTODOS
3 lavados c/ C-activado
Sob
rena
dant
e
Perfil de CHOs solubles
Cuantificación de CNE
Análisis estadístico
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CONTENIDO
RESULTADOS
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¿Que CHO están presentes en el tallo de maíz?
HPLC-RID
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PERFIL AZÚCARES: Jugo Tallo Maíz
WW - E147
Glu
Fru
SucLos azúcares principales del tallo son: Suc, Glc y Frc .
Hay un cuarto azúcar. Identidad desconocida.
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El tallo de maíz tiene almidon!!!!
Principalmente en los nudos y en el tallo floral
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PERFIL AZÚCARES: Tallo Maíz
Tres experimentos y sus factores…
I. Etapas de Desarrollo
III. Estrés Hídrico
II. Remoción Fuente - Sumidero
5 híbridos 3-Asgrow and 2-DowIrapuato, Gto., Mx
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MATERIAL BIOLÓGICO
Hybrid Common Name Company Origin Grain color
H1 Puma Asgrow HybAsgrow_Puma White
H2 Oso Asgrow HybAsgrow_Oso White
H3 Leopardo Asgrow HybAsgrow_Leopardo White
H4 Dow2A Dow HybDOW_2A120 Yellow
H5 Dow2B Dow HybDOW_2B150 Yellow
Date of sampling Age of plants sown in May (DAS*)
Age of plants sown in June (DAS*)
July 22nd 60 46
July 29th 67 53
August 5th 74 60
August 12th 81 67
August 19th 88 74
August 26th 95 81
September 2nd 102 88
*Days After Sowing
DICIVA, Universidad de Guanajuato
Muestreo
1) Etapas de Desarrollo
3 plantas x 2 fecha x 7 semana x 5 gen
¿Qué factor tiene más influencia en los parámetros bioquímicos?
¿Cómo afecta la sequía los parámetros bioquímicos?
Gráficos de los CHO evaluados comparando los 2 tratamientos
CinvestavUnidad IrapuatoIrapuato
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Estrés hídrico: CHO evaluados
Starch
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
E-8
E-2
0
E-2
6
E-6
9
E-7
2
E-8
7
E-8
9
E-9
1
E-9
9
E-1
04
E-1
25
E-1
32
E-1
43
E-1
47
Genotype
mm
ol G
lu/L
WSWW
* ***
*
*
**
*
Fructosa
60
100
140
180
220
E-8
E-2
0
E-2
6
E-6
9
E-7
2
E-8
7
E-8
9
E-9
1
E-9
9
E-1
04
E-1
25
E-1
32
E-1
43
E-1
47
Genotype
mm
ol/L
WSWW
* ** ***
** ***
*** ******
***
***
***
Glucose
60
100
140
180
220
E-8
E-2
0
E-2
6
E-6
9
E-7
2
E-8
7
E-8
9
E-9
1
E-9
9
E-1
04
E-1
25
E-1
32
E-1
43
E-1
47
Genotype
mm
ol/L
Water Stressed Well Watered
*** ******
***
***
***** **
**
**
**** *
a) b)GLUCOSE FRUCTOSE
c) d)SUCROSE STARCH
Glucose
60
100
140
180
220
E-8
E-20
E-26
E-69
E-72
E-87
E-89
E-91
E-99
E-104
E-125
E-132
E-143
E-147
Genotype
mm
ol/L
Water Stressed Well Watered
*** ******
***
***
***** **
**
**
**** *
Sucrose
0
50
100
150
200
E-8
E-2
0
E-2
6
E-6
9
E-7
2
E-8
7
E-8
9
E-9
1
E-9
9
E-1
04
E-1
25
E-1
32
E-1
43
E-1
47
Genotype
mm
ol/L
WS WW
****
*
El rendimiento de grano, ¿con qué parámetros bioquímicos está
correlacionado?
ANÁLISIS DE CORRELACIÓN
CinvestavUnidad IrapuatoIrapuato
Análisis de correlación
Gluc
70 100 130
0.822.9e-11
0.070.17
0.6 1.2
0.350.00095
0.831.3e-11
0.2 0.4
0.861.7e-12
0.896e-14
30 45 60
120
180
0.792e-10
7011
0 Fruc
0.090.12
0.180.025
0.744.2e-09
0.711.6e-08
0.736.9e-09
0.625.9e-07
Suc
0.0650.19
0.00490.72
0.0170.51
0.0680.18 80
120
0.0830.14
0.6
1.2
Starch
0.150.045
0.280.0041
0.310.0019
0.430.00014
AA
0.841.1e-11
0.779.6e-10
13
57
0.694.4e-08
0.2
0.4
Pro
0.845.2e-12
0.801e-10
PesGrano
2000
5000
0.901.3e-14
120 180
3045
60
80 120 1 3 5 7 2000 5000
P200Granos
Grain_W
W_200ker
Glc
Frc
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VI. CONCLUSIONESCONCLUSIONES
1. El tallo de maíz no contiene sólo sacarosa, presenta almidón en los nudos principalmente.
2. Los niveles de CNE no fueron constantes; éstos cambiaron de acuerdo a la etapa de desarrollo, a las manipulaciones de remoción fuente-sumidero, así como al régimen hídrico. Además hubo diferencias significativas entre genotipos.
3. Nuestros resultados indican que el tallo de maíz tiene un metabolismo activo, el cual parece modular la proporción de hexosas/Suc así como los niveles de almidón.
4. Basados en estos y otros resultados, concluimos que los CNE en el tallo ni son estáticos ni tampoco son una simple reflexión del transporte de sacarosa a través del floema.
5. Por lo tanto, sugerimos que en lugar de catalogar al tallo de maíz como un conducto limitado a dar soporte a la planta y cumplir una función de transporte, éste debería ser entendido como un reservorio dinámico de CHOs, el cual modula el suplemento de azúcares hacia tejidos y órganos SUMIDERO.
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Tallo maíz niveles CNE: 50-250mM c/u
Niveles de metabolitos (CNE): uso potencial como trait o marcadores bioquímicos