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Raíces transformadas
Algunos metabolitos secundarios sintetizados en raíces
M t b lit
Metabolito
Gé
Género
vegetal
t l
A li ió
Aplicación
Atropina
Hyoscyamus
Anticolinérgico
Berberina
y
Hydratis
canadensis
Antihemorrágico
g
uterino
Esteres
bornilo
de Valeriana
Sedante
Ginsenósidos Panax ginseng
Tónico,
estimulante
Rotenona
Derris elliptica
Insecticida
Vincristina,
vinblastina
Catharantus
roseus
Antileucémico
Quinina,
quinidina
Cinchona
Antimalárico,
antirreumático
p
Reserpina
Rauwolfia
f
Antihipertensivo
p
El estudio de la bioquímica y la química de las raíces ha
estado siempre acotado debido a las dificultades técnicas
derivadas de los hábitos subterráneos de este órgano.
La p
posibilidad de contar con un sistema de cultivo "in-vitro"
se a tornado en una herramienta sumamente útil a los fines
de investigación.
Agrobacterium rhizogenes …….
ag
gram-negative
g
soil bacterium
causes hairy root disease in plants
Agrobacterium tumefaciens
La infección de muchas especies in-vitro con el
microorganismo
g
patógeno
p g
Agrobacterium
g
rhizogenes
g
permite obtener clones de raíces estables y en
condiciones axénicas
Mayoritariamente, los clones preservan la capacidad
bi i téti d
biosintética
de las
l raíces
í
de
d las
l plantas
l t que les
l
dieron origen
The neoplastic roots produced by A. rhizogenes infection is
characterized by high growth rate and genetic stability
These genetically transformed root cultures can produce higher
levels of secondary metabolites or amounts comparable to that
of intact plants
Hairy root cultures offer promise for production of valuable
secondary metabolites in many plants
Otra aplicación de los cultivos de raíces transformadas es la
producción de proteínas bioactivas
Ej: exoenzimas peroxidasas en Brassica napus
quitinasas de acción antifúngica
g uca asas
glucanasas
proteínas activantes de ribosomas (RIPs)
También es posible acumular proteínas de almacenamiento
Ej: sporamina en batata que también ha demostrado jugar
algún
l ú roll en procesos de
d defensa.
d f
Además los cultivos de raíces transformadas constituyen
modelos ideales para
realizar estudios metabólicos y
regulatorios.
Por ejemplo con estos sistemas se ha demostrado que las raíces
pueden
d
expresar capacidad
id d fotosintética,
f
i éi
ll
llegando
d en algunos
l
casos a desarrollarse en ausencia de fuentes hidrocarbonadas, en
total fotoautotrofía.
Ya que la asimilación de carbono esta estrechamente afectada
por la producción de metabolitos secundarios estos sistemas son
aptos para analizar interacciones entre metabolismo primario y
secundario.
Biology
Bi
l
off the
th Agrobacterium
A b t i plant interaction
The only known natural example
g
DNA transfer
of inter-kingdom
•Can
Can survive independent of plant host in the soil.
soil
•Infects plants through breaks or wounds.
•Common disease of herbaceous plants, dicots.
The genus Agrobacterium has a wide host
range:
„
Agrobacterium can transfer T-DNA to a broad group of plants
„
Individual Agrobacterium strains have a limited host range
„
The molecular basis for the strain-specific host range is
unknown
„
Many but not all the monocot plants can be transformed
„
Under lab conditions, T-DNA can be transferred to yeast,
other fungi, and even animal and human cells
Steps
p of Agrobacterium-plant
g
p
cell
interaction
„
„
„
„
„
„
Cell-cell recognition
Signal transduction and transcriptional
activation of vir genes
Plasmidic DNA metabolism
Intercellular transport
Nuclear import
T-DNA integration
g
T DNA
T-DNA
„
„
T-DNA carries genes involved in the synthesis of
plant growth hormones (auxin, auxin synthesis;
cyt, cytokinin synthesis) and the production of
low molecular weight amino acid and sugar
phosphate derivatives called opines (ocs,
(ocs
octopine; mas, mannopine; and ags, agropine).
Agrobacteria are usually classified based on the
type of opines specified by the bacterial T-DNA
T DNA.
El T-ADN es el sector del p
plásmido q
que se transfiere a las células huésped
p
Esta flanqueado por las secuencias bordes de aproximadamente 25 pb
esenciales para la transferencia
En el T-ADN existen dos regiones, la derecha (TR) y la izquierda (TL)
Ambas codifican para funciones rizogénicas una vez integradas a la célula
huésped
La región TR especifica la síntesis de agropinas y auxinas
Región TL porta cuatro loci que contienen los genes rol (A,B,C y D)
implicados en el desarrollo morfológico de las raíces mediante la
sensibilización de las células al efecto auxínico
El gen rol D induce la formación de tejido de callos mientras que los
genes rol A, B y C regulan el tamaño, grado de ramificación, alteraciones
de tropismo y demás características de las raíces en cabellera
Opinas
p
Auxinas
Genes Rol A, B, C y D
TL
TR
Región Vir
catabolismo de opinas
Origen de Replicación
Los genes codificados en el T
T--DNA presentan secuencias
regulatorias eucarióticas que permiten su expresión en las
plantas infectadas
En la región Ri hay también genes vir cuya transcripción
induce la síntesis de compuestos fenólicos como los que
liberan las plantas mecánicamente injuriadas como las
acetosiringonas..
acetosiringonas
En ausencia de TR DNA los genes Ri del TLTL-DNA dirigen la
diferenciación hacia raíces en cabellera si hay suministro
de auxinas exógenas.
Agrobacterium-induced plant tumors contain
high concentrations of :
„
„
Plantt h
Pl
hormones (auxin,
(
i cytokinin)
t ki i )
Opines (octopine, nopaline)
Agrobacterium host cell recognition
Agrobacterium-host
is a two-step process
1.Loosely bound step: acetylated
polysaccharides
p
y
are synthesized.
y
2.Strong binding step: bound
bacteria synthesize cellulose
filaments to stabilize the initial
binding, resulting in a tight
association between
Agrobacterium and the host cell
cell.
Plant
l
Receptors are involved
l d in initiall binding
b d
„
„
„
Plant vitronectin-like protein
(PVN, 55kDa) was found on the
surface of p
plant cell. This
protein is probably involved in
initial bacteria/plant cell binding.
PVN is only immunologically
g
related to animal vitronectin.
Animal vitronectin is an
important component of the
extracellular matrix and is also
an receptor for several bacterial
strains.