El tallo en maiz, ademas de un soporte conductor, un reservorio dinamico de carbohidratos"

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Taller Nacional de Maiz Forrajero, 1er; Guanajuato (Mexico); 23 enero 2013

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  • Las plantas presentan diferentes órganos. Cada uno cumplen funciones determinadas. Por ejemplo el tallo está catalogado como un órgano que da soporte a la planta y que sirve para el transporte de metabolitos…. La raíz, es la encargada de la absorción de agua y minerales, mientras que las hojas, a través de la fotosíntesis producen carbohidratos, los cuales son transportados vía el floema hasta órganos como los frutos, cuya función es almacenar nutrientes.
  • Las plantas presentan diferentes órganos. Cada uno cumplen funciones determinadas. Por ejemplo el tallo está catalogado como un órgano que da soporte a la planta y que sirve para el transporte de metabolitos…. La raíz, es la encargada de la absorción de agua y minerales, mientras que las hojas, a través de la fotosíntesis producen carbohidratos, los cuales son transportados vía el floema hasta órganos como los frutos, cuya función es almacenar nutrientes.
  • Carbohidratos y aminoácidos; clasific, los que me interesan…. Reportes?
  • Carbohidratos y aminoácidos; clasific, los que me interesan…. Reportes?
  • Poner imagen de gabriel
  • Poner en contexto, importancia de rendimiento
  • El tejido vascular del tallo no sólo contiene altos niveles de sacarosa, sino que también contiene glucosa, fructosa y almidón. Los resultados encontrados muestran que la proporción hexosas/sacarosa y el almidón cambia considerablemente bajo diferentes condiciones Esto sugiere que el tallo no es sólo un conducto transportador de sacarosa, sino que existe un metabolismo muy activo en el tallo. Los resultados favorecen nuestra hipótesis inicial, de que además de funcionar como soporte y transporte, el tallo en maíz está cumpliendo una función de reserva dinámica de carbohidratos modulando el aporte de azúcares hacia otros tejidos.
  • Carbohidratos y aminoácidos; clasific, los que me interesan…. Reportes?
  • Carbohidratos y aminoácidos; clasific, los que me interesan…. Reportes?
  • El tallo en maiz, ademas de un soporte conductor, un reservorio dinamico de carbohidratos"

    1. 1. 1er Taller Nacional de Maíz Forrajero “El tallo en maíz, además de unsoporte conductor, un reservorio dinámico de carbohidratos ”   M. En C. Sheila Juárez Colunga Lab. Metabolómica y Fisiología Molecular Irapuato, Guanajuato a 23 enero 2013 Cinvestav Unidad Irapuato sjuarez@ira.cinvestav.mx
    2. 2. CONTENIDO I. INTRODUCCIÓN II. HIPÓTESIS III. OBJETIVOS IV. METODOLOGÍA V. RESULTADOS - Perfil azúcares HPLC-RID - Etapas de desarrollo - Remoción fuente-sumidero - Estrés hídrico VI. CONCLUSIONES GENERALES Cinvestav Unidad Irapuato
    3. 3. INTRODUCCIÓN Órganos principales: Soporte y transporte de Tallo metabolitos Raíz Absorción de agua y Hojas minerales Producción de CHO Flores / frutos Almacenamiento de CHO Clasificación en base a su disponibilidad para Los azúcares son transportados en sus formas el metabolismo de la planta: NO reductoras - Estructurales: Pectina, Celulosa, Suc es NO reductor Hemicelulosa - No estructurales (CNE) Principal azúcar transportado • Solubles: Glc, Frc, Suc, Malt en el floema • Insolubles: Almidón CinvestavWinter y col., 1992 Unidad Irapuato
    4. 4. INTRODUCCIÓN Fuente / Source: órganos / tejidos fotosintéticamente activos que producen HOJAS carbohidratos y los aportan para otros órganos y para sí mismos Sumidero / Sink: órganos /tejidos que MAZORCA demandan los carbohidratos que se producen en otros órganos * Modelo Fuente-Sumidero CinvestavChikov y Bakirova, 2004; Blanke, 2009 Unidad Irapuato
    5. 5. VI. CONCLUSIONES de tallos de maíz…Relevancia del estudio Importancia MaízLa mayoría de estudios bioquímicos y moleculares se Tallo es el menoshan enfocado a órganos como las hojas y la mazorca estudiado ¿Relevancia de los carbohidratos del tallo de maíz en mejoramiento genético? Uso de “traits” secundarios en ASI, número de granos, altura de la mejoramiento genético ayuda a seleccionar planta, mazorcas por planta mejor bajo condiciones de estrés Banziger y col, 2000 Monneveux y col., 2008 Caña de azúcar: 218 – 614mM CNE Calidad nutricional de los forrajes Welbaum y Meinzer,1990; Zhu y col., 1997 Aprovechar residuos determinada por la cantidad de vegetativos azúcares solubles y almidón Paziani y col., 2009 Características deseables en los Recursos genéticos susceptibles para mejoramiento 15% proyectos cultivos para ser usados en la apoyados por producción de biocombustibles Disponibilidad y equipo técnico para su SAGARPA, usan maíz producción y cosecha Ragauskas y col., 2006; White y col., 2011 Cinvestav Unidad Irapuato
    6. 6. INTRODUCCIÓN Referencia Especie Condición Efecto Scofiel et al., 2009. Trigo Etapas de desarrollo, Cambios en contenido de CNE Annals of Botany estrés por deficiencia alrededor de la floración. de Nitrógeno Incremento en el contenido de Azúcares solubles en bajo N Zheng et al., 2009. Papa Sequía y Sombreado Los CNE almacenados en la base Plant Production durante 17d del tallo contribuyen al Science (ensanchamiento ensachamiento del tubérculo en tubérculo) 37% y 54% al Peso seco por ambos factores, respectivamente Walton et al., 2010. Paeonia Poscosecha, Los tallos de Paeonia lactiflora Postharvest Biology lactiflora condiciones de Pall. tienen suficientes reservas de and Technology Pall. almacenamiento y CNE para brotar y florear después através del tiempo de haber sido cortados,y almacenados hasta por 8 semanas a 0°C, y tener un tiempo de vida en florero de 10d Cinvestav Unidad Irapuato
    7. 7. 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. Cinvestav Unidad Irapuato
    8. 8. 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 Cinvestav Unidad Irapuato
    9. 9. CinvestavCONTENIDO Unidad Irapuato MATERIALES Y  MÉTODOS Cinvestav Unidad Irapuato
    10. 10. Tres grandes experimentos I. Etapas de Desarrollo 5 híbridos Cambios bioquímicos en II. Remoción Fuente - Sumidero el tallo de maíz dados por : III. Estrés Hídrico Cinvestav Unidad Irapuato
    11. 11. Para familiarizarnos con los términos… Hoja laminar (Leaf blade) Hoja Pelos (Silk) Laminar Lígula Jilote (Ear) Vaina Vaina (Leaf sheath) Cinvestav Unidad Irapuato
    12. 12. SECUENCIA en los muestreos  Siembra  Se muele con un extractor  Muestrea la planta a una edad especifica  Se pesa la cantidad de jugo  Se registran parámetros agronómicos **  Se toman alícuotas 1mL de jugo  Se eliminan la espiga y las láminas foliares  Se congelan y almacenan a -80°C hasta  Se pesa el tallo (con vainas) realizar las mediciones bioquímicas Irapuato Cinvestav Unidad
    13. 13. MÉTODOSPerfil de CHOs solubles 3 lavados c/ C- e nadane bo S activado t rCuantificación de CNEAnálisis estadístico Cinvestav Unidad Irapuato
    14. 14. CinvestavCONTENIDO Unidad Irapuato RESULTADOS Cinvestav Unidad Irapuato
    15. 15. ¿Que CHO están presentes en el tallo de maíz? HPLC-RID Cinvestav Unidad Irapuato
    16. 16. PERFIL AZÚCARES: Jugo Tallo Maíz Suc Fru Los azúcares principales del tallo son: Suc, Glc y Frc . Glu WW - E147 Hay un cuarto azúcar. Identidad desconocida. Cinvestav Unidad Irapuato
    17. 17. PERFIL AZÚCARES: Tallo Maíz El tallo de maíz tiene almidon!!!! Principalmente en los nudos y en el tallo floral Cinvestav Unidad Irapuato
    18. 18. Tres experimentos y sus factores… I. Etapas de Desarrollo 5 híbridos 3-Asgrow and 2-Dow Irapuato, Gto., Mx II. Remoción Fuente - Sumidero III. Estrés Hídrico Cinvestav Unidad Irapuato
    19. 19. MATERIAL BIOLÓGICO 1) Etapas de Desarrollo DICIVA, Universidad de Guanajuato Muestreo 3 plantas x 2 fecha x 7 semana x 5 gen Common Hybrid Company Origin Grain color Name 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 Age of plants sown Age of plants sown Date of sampling in May (DAS*) in June (DAS*) nd July 22 60 46 th July 29 67 53 th August 5 74 60 th August 12 81 67 th August 19 88 74 th August 26 95 81 nd September 2 102 88 *Days After Sowing Cinvestav Unidad Irapuato
    20. 20. ¿Qué factor tiene más influencia en los parámetros bioquímicos? Fenotipo GEN, DAS, SD ANOVA Cinvestav Unidad Irapuato
    21. 21. ANOVA: Etapas de desarrollo η2 caused η2 caused η2 caused η2 caused by η2 caused by η2 caused by 2 η caused by η2 Residual Parameter (unexplained by DAS by GEN by SD GEN x DAS GEN x SD DAS x SD DAS x GEN x variance) (Df=8) (Df=4) (Df=1) (Df=32) (Df=4) (Df=4) SD (Df=16) (Df=140) Total fresh 28% *** 4% ** 8% *** 11% 4% ** 4% ** 7% * 35% weight Plant height 90% *** 4% *** 1% *** 2% *** 0% *** 0% 0% * 2% Ears per 62% *** 2% ** 2% *** 8% ** 2% *** 4% *** 2% 17% plant Total ears 87% *** 2% *** 0% ** 2% * 1% ** 1% *** 1% 6% weight Stem weight 21% *** 5% *** 9% *** 15% ** 3% * 3% * 9% ** 35% Stem juice 43% *** 5% *** 3% *** 10% ** 3% * 1% * 5% ** 31% weight Stem juice 71% *** 4% *** 0% *** 4% 1% 0% 1% 18% percentage Glucose 41% *** 6% *** 0% 9% ** 3% *** 9% *** 10% *** 21% Fructose 36% *** 8% *** 2% *** 12% *** 3% *** 8% *** 8% *** 22% Sucrose 78% *** 3% *** 1% *** 6% *** 0% 5% *** 1% * 6% Starch 39% *** 4% *** 1% * 11% *** 3% *** 21% *** 6% *** 15% Total amino- 32% *** 4% ** 6% *** 16% *** 0% 7% *** 5% 30% acids Significance codes: < 0.001 ‘***’ 0.01 ‘**’ 0.05 ‘*’ Cinvestav Unidad Irapuato
    22. 22. ¿Cómo se comportan los CHO durante el desarrollo? Boxplots Cinvestav Unidad Irapuato
    23. 23. Etapas desarrollo: Carbohidratos evaluados Cinvestav Unidad Irapuato
    24. 24. Etapas de desarrollo • Sacarosa incrementa a través del tiempo • Hexosas presentan un pico transitorio alrededor de la floración • Almidón disminuye = 50% de sus niveles iniciales Hybrid 1 Suc Glu Fru Starch 250 2.5 Flowering Resultados sugieren: Suc,Glu or Fru (mmol/L) 200 2.0 Starch (mmol Glu/L) 150 1.5 1) metabolismo activo en el tallo de maíz 100 1.0 2) Posible función de Almidón como 50 0.5 FUENTE de C usados a través de etapas 0 0.0 reproductivas en otros órganos o tejidos. 60d 67d 74d 81d 88d 96d 102d DAS Cinvestav Unidad Irapuato
    25. 25. Tres experimentos y sus factores… I. Etapas de Desarrollo 5 híbridos 3-Asgrow and 2-Dow Irapuato, Gto., Mx II. Remoción Fuente - Sumidero III. Estrés Hídrico Cinvestav Unidad Irapuato
    26. 26. MATERIAL BIOLÓGICO 2) Remoción “Fuente-Sumidero” Muestreo: 2) 5 plantas x 4 trat x 5 gen 1. Control Antes / control before (cortar día 0) 2. Control Después / control after (cortar día 4) 3. Sin Jilotes / without ears (cortar día 4) 4. Sin Hojas / without leaves (cortar día 4) 10 dda dda= días después de la antesis Cinvestav Unidad Irapuato
    27. 27. ¿Que tanta influencia tiene el tratamiento sobre los parámetros bioquímicos? Fenotipo GEN, TRAT ANOVA Cinvestav Unidad Irapuato
    28. 28. ANOVA: Remoción Fuente - Sumidero η2 caused by η2 caused by η2 caused by η2 Residual Parameter TREAT x GEN (unexplained TREAT(Df=2) GEN (Df=4) variance) (Df=8) (Df=8) Total Fresh Weight 28% *** 5% 12% 55% Plant Height 2% 43% *** 12% 43% Total Ears Weight 71% *** 7% *** 5% * 16% Stem Weight 1% 4% 11% 85% Stem Juice Weight 4% 5% 10% 81% Glucose 28% *** 9% ** 37% *** 26% Fructose 30% *** 7% ** 43% *** 20% Sucrose 55% *** 18% *** 4% 24% Starch 40% *** 19% *** 15% *** 26% Total Aminoacids 6% . 26% *** 8% 59% Significance codes: < 0.001 ‘***’ 0.01 ‘**’ 0.05 ‘*’ Cinvestav Unidad Irapuato
    29. 29. ¿Cómo se comportan los CHO después del tratamiento? Gráficos por cada CHO comparando TRAT Cinvestav Unidad Irapuato
    30. 30. Sink-Source: Cambios en Sacarosa y Almidón Height Plant control After w ithout Ears w ithout Leaves Sucrose 300 Starch a) SUCROSEcA wE wL b) STARCH cA wE wL 150 4 mmol Glc / L 100 3mmol/L cm 250 2 50 1 0 0 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 Hybrid Hybrid 200 Suc disminuye por ambas remociones de 1 2 3 Almidón se acumuló en el tratamiento “wE” 4 5 órganos en todos los genotipos (SJ), mientras que en “wL”(SH) tendió a Hybrid disminuir respecto al control Cambios en todos los Resultados sugieren: CHO evaluados: Glc, Frc, Metabolismo activo en el tallo de maíz cuando Suc y Almidón se altera la relación fuente-sumidero. Cinvestav Unidad Irapuato
    31. 31. Tres experimentos y sus factores… I. Etapas de Desarrollo 5 híbridos II. Remoción Fuente - Sumidero 14 genotypes III. Estrés Hídrico Tlaltizapan, Mor, Mx Cinvestav Unidad Irapuato
    32. 32. MATERIAL BIOLÓGICO Tlaltizapán, Morelos Edad de las plantas 90 DAS Estrés hídrico moderado en prefloración Muestreo: 6 plantas x 2 trat x 14 gen 2 tratamientos: Riego Normal (WW) y Sequía (WS) Entry Pedigree 8 DTPYC9-F143-5-4-1-2-B*5/CML312SR 20 DTPWC9-F24-2-3-1-1-B*5/CML312SR 26 CML323-BB/CML312SR 69 LaPostaSeqC7-F78-2-1-1-1-B*4/CML312SR 72 CML486-BB/CML312SR 87 CML311/MBRC3BcF95-2-2-1-B*7/CML312SR 89 LaPostaSeqC7-F96-1-2-1-3-B*4/CML312SR [[KILIMAST94A]-30/MSV-03-1-10-B-1-BB-1xP84c1F27-4-1-6-B-5-B]F8-3-2-2-1xG16SeqC1F47- 104 2-1-2-1-B*5-xP84c1F26-2-2-6-B-3-B]-3-1-B/CML395]-1-1-BB/CML312SR 125 CML311xCML311/CML311xMBRC1BcF94-3-1-1-B*4-1-1-B*7/CML312SR 132 CLQ-RCWQ83=(CML146xCML150)-B-32-1-2-B-1-B*4/CML312SR 143 CL02450Q/CML451QLocalCheckQPM2 147 LaPostaSeqC7-F64-2-6-2-2-BB/CML495=Check2IntermediateMaturity 91 DTPYC9-F69-3-5-1-1-B*4/CML312SR 99 LaPostaSeqC7-F64-2-6-2-2-BB/CML312SR Cinvestav Unidad Irapuato
    33. 33. ANOVA: Estrés Hídrico η2 caused by η2 caused by η2 Residual η2 caused by Parameter WATER WATER REGIMEN (unexplained variance) GEN (Df=13) REGIMEN (Df=1) x GEN (Df=13) (Df=134) Total Fresh Weight 44% *** 10% ** 3% 43% Plant Height 0% 58% *** 6% 36% Total Ears Weight 46% *** 4% 4% 46% Ears per Plant 43% *** 7% * 14% *** 36% Stem Juice Weight 33% *** 21% *** 4% 41% Juice Stem Percentage 24% *** 17% *** 11% ** 48% Glucose (mM) 56% *** 10% *** 6% * 29% Fructose (mM) 45% *** 15% *** 6% 35% Sucrose (mM) 2% * 43% *** 5% 50% Starch (mM) 13% *** 22% *** 7% 58% Total Amino-acids (mM) 63% *** 8% *** 4% 25% Free Proline (mM) 82% *** 3% ** 3% ** 12% Significance codes: < 0.001 ‘***’ 0.01 ‘**’ 0.05 ‘*’ Cinvestav Unidad Irapuato
    34. 34. ¿Cómo afecta la sequía los parámetros bioquímicos? Gráficos de los CHO evaluados comparando los 2 tratamientos Cinvestav Unidad Irapuato
    35. 35. Estrés hídrico: CHO evaluados Cinvestav Unidad Irapuato
    36. 36. El rendimiento de grano, ¿con qué parámetros bioquímicos está correlacionado? ANÁLISIS DE CORRELACIÓN Cinvestav Unidad Irapuato
    37. 37. Análisis de correlación Glc Frc Grain_W W_200ker Cinvestav Unidad Irapuato
    38. 38. 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. Tallo maíz niveles CNE: 50-250mM c/u Niveles de metabolitos (CNE): uso potencial como trait o marcadores bioquímicos Cinvestav Unidad Irapuato
    39. 39. CONTENIDO AGRADECIMIENTOS
    40. 40. CONTENIDO AGRADECIMIENTOS
    41. 41. http://masagro.mx

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