Fisiología de la Defensa de Plantas

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Temas de Investigación: Estudio de la función del polipéptido sistemina y otros péptidos bioactivos presentes en prosistemina, su proteína precursora, en la regulación de respuestas defensivas contra herbivoría por insectos, daño mecánico e infección por patógenos, así como en la modulación de la asociación de las plantas con organismos benéficos del suelo, como rizobacterias promotoras del crecimiento y hongos micorrícicos. Estudio de la función de compuestos volátiles en interacciones tritróficas integradas por las plantas, insectos herbívoros e insectos parásitos o depredadores. Estudio de la contribución de los compuestos volátiles en los mecanismos de atracción/repulsión involucrados en el control biológico de plagas de interés, como la mosquita blanca. Análisis de genes de función desconocida de amaranto de grano (Amaranthus hypochondriacus, A. cruentus y A. caudatus) y su contribución a la tolerancia a estrés abiótico como choque térmico, estrés por calor, sequía, inundación/hipoxia y defoliación severa. Señalización mediada por azúcares, incluyendo trealosa-6-fosfato, en la regulación de los mecanismos de tolerancia a estrés biótico y abiótico en Arabidopsis thaliana y amaranto de grano.

Modelo de estudio: Amaranto. Esta especie se ha usado como modelo de estudio para estudiar el efecto de la aplicación del ácido jasmónico y otros evocadores abióticos sobre la inducción de respuestas defensivas en hoja y semilla. En experimentos en campo realizados entre los años 2000 y 2002 se encontró que la aplicación de ácido jasmónico indujo una respuesta de resistencia que influyó significativamente sobre la población de insectos plaga en follaje y panoja de esta especie. También se observó una diferencia altamente significativa entre años en las variables bioquímicas, fisiológicas y de producción medidas en las plantas tratadas, tanto en hojas como en semilla, lo que sugiere que el efecto de estos evocadores depende críticamente de las condiciones climáticas. El amaranto también se ha empleado para el estudio del papel de los inhibidores de proteasa y amilasa en la protección contra estrés abiótico (salino, hídrico y luminoso) y biótico (herbivoría por insectos masticadores). Una línea de investigación paralela se concentra en el estudio de análogos de la prosistemina (PS) de tomate en amaranto y otras especies relacionadas, como quinoa y betabel. El hallazgo es importante porque representa el primer reporte de un análogo de PS en especies no solanáceas. Actualmente se realizan experimentos para definir la función de la prosistemina en estas especies.

Modelo de estudio: Tabaco. Esta planta modelo se ha empleado para la generación de plantas transgénicas más resistentes al daño por insectos mediante la sobreexpresión de la prosistemina y sistemina de tomate. Se encontró que, al igual que en jitomate, las plantas de tabaco transformadas con prosistemina y sistemina de jitomate son significativamente más resistentes a la herbivoría por insectos masticadores, mientras que su efecto contra insectos chupadores fue menos marcado. Debido a que en estas plantas no se detectó una acumulación de inhibidores de proteasa y otras proteínas defensivas, como en el caso del jitomate transgénico, se está estudiando actualmente la acumulación de metabolitos secundarios, como nicotina, fenoles y terpenoides diglicosilados como posible mecanismo de protección contra insectos herbívoros, aunque se desconoce si la prosistemina/sistemina es capaz de afectar los genes que regulan la síntesis de metabolitos secundarios como la nicotina. A su vez, se encontró que la sobreexpresión de sistemina en tabaco transgénico estaba asociada con un fenotipo caracterizado por lento crecimiento, esterilidad, deformaciones en hoja y flor y aparición de lesiones similares a las producidas durante la reacción hipersensible. La posibilidad de que estas alteraciones podrían ser consecuencia de la desregulación en la síntesis y/o percepción de moléculas de señalización como ácido jasmónico, oligourónidos y H2O2 esta siendo estudiada. Asimismo, se han realizado estudios sobre la prosistemina de tabaco, la cual es completamente diferente a la prosistemina de jitomate. Los resultados obtenidos hasta el momento indican que la PS de tabaco se induce también por herbivoría, daño mecánico y AJ. Otro hallazgo importante fue la inducción de la propia PS en plantas intactas vecinas a plantas de tabaco que estaban siendo consumidas por larvas de insectos herbívoros, lo que sugiere que la PS, al ser inducida por volátiles emitidos desde las plantas dañadas, tiene una función reguladora de la comunicación planta-planta mediada por señales aéreas.

Modelo de estudio: Jitomate. Con esta planta modelo se esta estudiando el papel de la sistemina en la regulación de la emisión de volátiles como respuesta a insectos chupadores y masticadores como la mosquita blanca y Manduca sexta. También se estudia el papel de la sistemina, usando plantas transgénicas y mutantes alteradas en la señalización mediada por sistemina, en la comunicación planta-hongo necesaria para el establecimiento des la simbiosis micorrícica. Los resultados obtenidos hasta el momento indican que la sistemina ejerce un efecto positivo sobre la simbiosis. Asimismo, se está iniciando el análisis de los genes inducidos/reprimidos en estas plantas en respuesta a la infestación por mosquita blanca, así como el efecto de las rizobacterias promotoras del crecimiento sobre la inducción de respuestas de defensa sistémicas contra insectos.

JohnDélano

John Paul Délano Frier
Investigador Principal

03

Norma Angélica Martínez Gallardo
Auxiliar de Investigación

02

Jazmín Patricia Padilla Escamilla
Estudiante de Doctorado
(Codirección con el Dr. Luis González)

11

Gabriela Cabrales Orona
Estudiante de Doctorado

04

Alex Ricardo Bermúdez Valle
Estudiante de Maestría

09

Dulce Jacqueline Ramírez Sánchez
Estudiante de Licenciatura

  • Claudia Portillo Nava, Moisés Guerrero-Esperanza , Armando Guerrero-Rangel , Paulina Guevara-Domínguez , Norma A. Martínez Gallardo, Cecilia Nava-Sandoval , José Juan Ordaz-Ortiz, Lino Sánchez-Segura and John P. Délano-Frier. Natural or light induced pigment accumulation in grain amaranths coincides with enhanced resistance against insect herbivory. Planta : 1-17: 2021.
  • Guadalupe C. Barrera-Galicia, Hector A. Peniche-Pavía , Juan José Peña-Cabriales, Sergio Covarrubias, Jose Antonio Vera-Núñez and John P. Délano-Frier. Metabolic Footprints of Burkholderia Sensu Lato Rhizosphere Bacteria Active against Maize Fusarium Pathogens. Microorganisms : 1-18: 2021
  • Mariela Luna Martínez, Norma A. Martínez-Gallardo, Kena Casarrubias Castillo, Simona M. Monti , Mariangela Coppola , Rosa Rao and John P. Délano-Frier. Development and Yield Traits Indicate That the Constitutive Wound Response Phenotype of Prosystemin Overexpressing Tomato Plants Entails No Fitness Penalty. Agronomy : 1-20: 2021.
  • Verónica Trujillo-Pahua, Ofelia Vargas-Ponce, Fabián A. Rodríguez Zaragoza, José Juan Ordaz-Ortiz, John P. Délano-Frier, Robert Winkler and Carla V. Sánchez-Hernández. Metabolic response to larval herbivory in three Physalis species. Plant Signaling : 1-11: 2021
  • Andrea P. Castellanos-Arévalo, Andrés A. Estrada-Luna, José L. Cabrera-Ponce, Eliana Valencia-Lozano, Humberto Herrera-Ubaldo, Stefan de Folter, Alejandro Blanco-Labra and John P. Délano-Frier. Agrobacterium rhizogenes mediated transformation of grain (Amaranthus hypochondriacus) and leafy (A. hybridus) amaranths. Plant Cell Reports : 1-18: 2020.

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