Universidad de Costa Rica.

Escuela de Agronoma.

AF-5408 (II-2011)

Luis Carlos Arrieta Lara.

A80652

Revisin de Literatura Brasinoesteroides.

Introduccin.

En 1968 Marumo y colaboradores descubrieron, en un extracto metanlico de una planta conocida en Japn como "isunoki" (Distylium racemosum), tres fracciones que al ser probadas presentaban una inusual pero atractiva actividad promotora del crecimiento vegetal en un ensayo denominado Inclinacin de la Lmina de Arroz (ILA), estas fracciones fueron nombradas como A1, A2 y B (Iglesias et al. 2000).

Tiempo ms tarde en la investigacin del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, un grupo de investigadores descubri un extracto lipoidal, obtenido a partir de polen de nabo (Brassica napus), que presentaba una marcada actividad estimuladora del crecimiento vegetal. En este caso la sustancia encontrada en el extracto se denomin comnmente como Brasinolida y actualmente se la conoce como el primer brasinoesteroide natural aislado (Hassan, 2004).

La nica parte en las plantas donde no se han encontrado brasinoesteroides son las races, sin embargo, en las partes areas las concentraciones estn en el orden de ng/Kg o g/Kg. Precisamente, es la concentracin de los brasinoesteroides la que los hacen tan llamativos, en polen o en semillas inmaduras se han encontrado brasinoesteorides en concentraciones entre 1 y 100 ng por cada gramo de peso seco, siendo estas las fuentes naturales ms ricas en esta clase de hormonas; en otros tejidos como brotes u hojas se han encontrado en concentraciones que varan entre 0.01 y 0.1 ng por cada gramo de peso seco (Romn et al. 2001).

Por lo que en trminos generales se puede afirmar que los brasinoesteroides se encuentran en mayores cantidades en tejidos jvenes y que en ellos pueden expresar efectos ms notables, en comparacin con tejido adulto (Romn et al. 2001).

Los brasinoesteroides generaron un inters prctico en la agricultura por sus efectos como estimuladores del crecimiento, al inicio se empezaron a aplicar BR naturales con el fin de promover el rendimiento en los cultivos. Pero debido a los problemas que se generaron por la aplicacin de stos en condiciones de campo hizo posible que se introdujeran algunos anlogos de los BR, los cuales se obtuvieron por va sinttica y que a su vez resultaban ms econmicos y con efectos de ms larga duracin en estas condiciones (Mazorra-Nues, 2008).

Estructura Qumica.

Los Brasinoesteroides (BR), son polihidroxifenoles de naturaleza esteroidal, han sido aceptados como regulador de crecimiento entre ellos se encuentra la brassinlida (BL), la cual se considera la ms activa de este grupo y fue aislada en 1979 a partir de granos de polen de Brassica napus (Riveros, 2010).

Bishop y Yokota para el ao 2001, propusieron definir a los brasinoesteroides como esteroides que tengan un oxgeno en el tomo de carbono C-3 y otros adicionales en C-2, C-6, C-22 y C-23, como se puede observar en la figura 1.

Figura I. Estructura qumica del Brasinlido (BL).

A finales de los 80 se haban caracterizado alrededor de 16 BR, sin embargo hasta la fecha se han encontrado ms de 50 BR los cuales han sido caracterizados y aislados, siendo los ms abundantes la brasinlida y la castasterona y por ende los de ms amplia distribucin (Mazorra-Nues, 2008).

Modo de Accin.

Los brasinoesteroides son molculas polihidroxiladas de estructura esteroidal que actan como potentes reguladores del crecimiento vegetal, provocando el aumento del rendimiento de las cosechas y confiriendo resistencia a las plantas contra factores medioambientales adversos. No existe una propuesta sobre su mecanismo de accin. Se entiende que, como en todas las uniones ligando-receptor, las interacciones dbiles no covalentes juegan un papel determinante en la formacin del complejo hormona-receptor (Amors. 2005).

Segn Choe (2010), toda la ruta biosinttica se puede dividir en dos grandes secciones llamadas ruta de oxidacin temprana y ruta de oxidacin tarda, la primera seccin que abarca la formacin de esteroles, en la que el escualeno se convierte en campesterol, la misma que abarca una serie de 13 reacciones bioqumicas; y la segunda seccin en la que el campesterol se convierte en brasinolida en 11 reacciones adicionales.

Dentro de la ruta biosinttica deben producirse ciertos cambios importantes con el fin de obtener molculas bioactivas, entre estos cambios se incluyen: la formacin del grupo oxo en la posicin C-6, adicin de los grupos hidroxilo en las posiciones C-22 y C-23, formacin del sistema diol en los carbonos 2 y 3 del anillo A y la oxidacin Baeyer-Villager en el anillo B (Choe, 2010).

La ruta biosinttica que abarca la transformacin de campesterol en brasinolida posee dos puntos de bifurcacin que dan lugar a cuatro ramas dentro de la ruta bioqumica de formacin, el primer punto de ramificacin es el campesterol, el cual puede seguir por la ruta de oxidacin temprana o por la ruta de oxidacin tarda del carbono 22. El segundo punto de ramificacin es el campestanol, este puede seguir la ruta de oxidacin temprana o la ruta de oxidacin tarda del carbono 6, cualquiera que sea la ruta que se siga, estas vuelven a unirse con la formacin de la castasterona, la misma que requiere de una reaccin ms para dar lugar a la brasinolida (Choe, 2010).

Ciertos estudios demostraron que una posible protena receptora denominada BRI1, presentaba ciertos dominios ricos en el aminocido Leucina (LRR), los cuales podan funcionar en cuanto al reconocimiento de las seales extracelulares que ocurran en la superficie de la clula. Posteriores estudios revelaron que efectivamente la protena BRI1 es el receptor de los BR en las plantas, y a la vez se demostr la importancia que tiene el dominio extracelular de BRI1 en cuanto al reconocimiento de la brasinlida (Mazorra-Nues, 2008).

En este mismo estudio se detalla que posteriormente se encontr que los BR se pueden unir directa o indirectamente a la protena BRI1, para lograr la transduccin de la seal de manera que la unin ocurre a travs de una regin especfica dentro del dominio extracelular del receptor BRI1. Se encontr adems cierta relacin entre el dominio extra celular de LRR y el receptor BRI1 el cual le confiere cierta resistencia a las enfermedades, lo que ayud a dilucidar la existencia de ciertas interacciones entre las rutas de sealizacin de los esteroides que confieren esta resistencia a enfermedades, por lo que se dice que los BR aumentan la resistencia a ataques por patgenos.

Tambin se descubri la presencia de un dominio citoplasmtico que posee actividad quinasa y que es indispensable para la transmisin de la seal hacia el interior celular, este dominio es el que posee los sitios potenciales de la fosforilacin con serina y treonina, lo que permite pensar que estos sitios pueden funcionar para la activacin de la quinasa a travs de la homodimerizacin del receptor BRI1.

Se observ adems que una acumulacin de brasinolida (BL) y de sus precursores as como la activacin de los genes biosintticos bwf4 y cpd, son importantes en la regulacin de la biosntesis de BR. Se cree adems que es necesaria la presencia del receptor BRI1 para la represin del gen cpd por retroalimentacin negativa en la oscuridad, sin embargo la expresin del gen BRI1 es constitutiva y no se altera en respuesta a la luz (Mazorra-Nues, 2008).

Este estudio revel tambin la existencia de una segunda protena quinasa (RLK) la cual posea dominios ricos en leucina la cual se relacionaba con la percepcin de los BR y a la cual llamaron BAK1, lo que permiti conocer la interaccin directa de las protenas BRI1 y BAK1 en la formacin de un heterodmero entre ambas protenas. En general se desconoce el mecanismo de activacin del complejo receptor BRI1, sin embargo existen dos hiptesis de las cuales la primera sugiere la heterodimerizacin BRI1-BAK1 inducida por los BR, y la otra plantea que los monmeros de BRI1 interactan para formar homodmeros y que no se requiere de inicialmente de BAK1 para que el receptor reconozca al ligando.

Efecto de los BR en plantas sujetas a distintos tipos de estrs.

BRASINOESTEROIDES.

ESTRS ABITICO. ESTRS BITICO.

(Hongos, Bacterias y Virus.) (Estrs Oxidativo.Hdrico.Salino. )

(-Estimula sntesis de ABA y Etileno.-Estimula sntesis de protenas de defensa.)

(-Aumento de la actividad de enzimas: catalasa.-Aumento de la tasa fotosinttica neta.)

(Aplicaciones de Pesticidas.) (Estrs Osmtico (Sequa, Salinidad, Fro))

(-Aumenta la asimilacin de CO2.-Aumenta la tasa fotosinttica neta.)

(-Aumenta el nivel de ABA y prolina.)

(Estrs por Metales Pesados)

(-Aumento de la tasa fotosinttica neta.-Estimula el metabolismo de Nitrgeno.)

(Estrs Trmico)

(-Aumenta el nivel de protena de shock trmico.)

Fuente: Bajguz. A; Hayat. S/Plant Physiology and Biochemestry 47 (2009):1-8

Efecto segn cultivo.

Ciertos resultados obtenidos en investigaciones anteriores demuestran que BR no tienen mucho efecto cuando las condiciones de crecimiento son ptimas, pero s cuando las plantas crecen en condiciones de estrs (Bajguz-Hayat.2009). Entre los efectos observados para ciertos cultivos para pruebas realizadas en menor escala se pueden mencionar:

Lechuga: 25% de incremento (peso hojas/planta).

Habas: 45% de incremento (peso semillas/planta).

Incrementos similares en rendimiento de trigo, cebada, arroz.

Papa: incrementa tamao de tubrculo y resistencia a enfermedades.

Elongacin de epictilos en soja (Glycine max).

Efecto In vitro.

Ciertos estudios realizados en ctricos han utilizado los brasinoesteroides como mecanismo para la propagacin por embriognesis somtica, ya que se