stringtranslate.com

citoquinina

La citoquinina zeatina lleva el nombre del género de maíz Zea .

Las citoquininas ( CK ) son una clase de hormonas vegetales que promueven la división celular , o citocinesis , en las raíces y los brotes de las plantas. Están involucrados principalmente en el crecimiento y diferenciación celular , pero también afectan la dominancia apical , el crecimiento de las yemas axilares y la senescencia de las hojas .

Hay dos tipos de citoquininas: las citoquininas de tipo adenina representadas por la cinetina , la zeatina y la 6-bencilaminopurina , y las citoquininas de tipo fenilurea como la difenilurea y el tidiazurón (TDZ). [1] La mayoría de las citoquininas de tipo adenina se sintetizan en las raíces. [2] El cambium y otros tejidos que se dividen activamente también sintetizan citoquininas. [3] No se han encontrado citoquininas de fenilurea en las plantas. [4] Las citoquininas participan en la señalización local y de larga distancia, con el mismo mecanismo de transporte que las purinas y los nucleósidos. [5] Normalmente, las citoquininas se transportan en el xilema . [2]

Las citoquininas actúan en conjunto con las auxinas , otra hormona del crecimiento vegetal. Los dos son complementarios, [6] [7] y tienen efectos generalmente opuestos. [2]

Historia

La idea de las sustancias específicas necesarias para que se produzca la división celular en las plantas en realidad se remonta al fisiólogo alemán J. Wiesner , quien, en 1892, propuso que el inicio de la división celular es provocado por factores endógenos, es decir, por un equilibrio adecuado entre factores endógenos. Un poco más tarde, el fisiólogo vegetal austriaco G. Haberlandt informó en 1913 que desde el tejido del floema se difunde una sustancia desconocida que puede inducir la división celular en el tejido parenquimático de los tubérculos de patata . [8] En 1941, Johannes Van Overbeek descubrió que el endospermo lechoso del coco inmaduro también tenía este factor, que estimulaba la división y diferenciación celular en embriones de datura muy jóvenes. [9] [10]

Jablonski y Skoog (1954) ampliaron el trabajo de Haberlandt e informaron que una sustancia presente en el tejido vascular era responsable de provocar la división celular en las células de la médula. [11] [12] Miller y sus compañeros de trabajo (1954) aislaron y purificaron la sustancia de división celular en forma cristalizada a partir de ADN de esperma de pez arenque esterilizado en autoclave . [11] Este compuesto activo recibió el nombre de cinetina debido a su capacidad para promover la división celular y fue la primera citoquinina en recibir ese nombre. Más tarde se identificó que la cinetina era 6-furfuril-amino purina. Más tarde, se sugirió que el nombre genérico quinina incluyera kinetina y otras sustancias con propiedades similares. [8]

La primera citoquinina natural fue aislada y cristalizada simultáneamente por Miller y DS Lethum (1963-65) a partir del endospermo lechoso del maíz ( Zea mays ) y la denominaron Zeatin. Lethem (1963) propuso el término citoquininas para dichas sustancias. [13]

Función

Las citoquininas están involucradas en muchos procesos de las plantas, incluida la división celular y la morfogénesis de brotes y raíces. Se sabe que regulan el crecimiento de las yemas axilares y la dominancia apical. Según la "hipótesis de la inhibición directa", estos efectos resultan de la proporción entre citoquinina y auxina. [ cita necesaria ] Esta teoría establece que la auxina de las yemas apicales viaja hacia abajo para inhibir el crecimiento de las yemas axilares. Esto promueve el crecimiento de los brotes y restringe la ramificación lateral. La citoquinina pasa de las raíces a los brotes y, finalmente, indica el crecimiento de las yemas laterales. Experimentos simples apoyan esta teoría. Cuando se elimina la yema apical, las yemas axilares se desinhiben, aumenta el crecimiento lateral y las plantas se vuelven más tupidas. La aplicación de auxina al tallo cortado inhibe nuevamente la dominancia lateral. [2] Además, se ha demostrado que la citoquinina por sí sola no tiene ningún efecto sobre las células del parénquima . Cuando se cultivan con auxina pero sin citoquinina, crecen pero no se dividen. Cuando se suman citoquinina y auxina, las células se expanden y diferencian. Cuando la citoquinina y la auxina están presentes en niveles iguales, las células del parénquima forman un callo indiferenciado . Una proporción más alta de citoquinina induce el crecimiento de yemas de los brotes , mientras que una proporción más alta de auxina induce la formación de raíces . [2]

Se ha demostrado que las citoquininas retardan el envejecimiento de los órganos de las plantas al prevenir la descomposición de las proteínas , activar la síntesis de proteínas y reunir nutrientes de los tejidos cercanos. [2] Un estudio que reguló la senescencia de las hojas de tabaco encontró que las hojas de tipo salvaje se volvieron amarillentas, mientras que las hojas transgénicas permanecieron mayoritariamente verdes. Se planteó la hipótesis de que la citoquinina puede afectar las enzimas que regulan la síntesis y degradación de proteínas. [14]

Recientemente se ha descubierto que las citoquininas desempeñan un papel en la patogénesis de las plantas. Por ejemplo, se ha descrito que las citoquininas inducen resistencia contra Pseudomonas syringae en Arabidopsis thaliana [15] y Nicotiana tabacum . [16] También en el contexto del control biológico de enfermedades de las plantas, las citoquininas parecen tener funciones potenciales. La producción de citoquininas por Pseudomonas fluorescens G20-18 se ha identificado como un determinante clave para controlar eficientemente la infección de A. thaliana con P. syringae. . [17]

Si bien la acción de las citoquininas en las plantas vasculares se describe como pleiotrópica , esta clase de hormonas vegetales induce específicamente la transición del crecimiento apical al crecimiento a través de una célula apical de tres caras en el protonema del musgo . Esta inducción de yemas puede atribuirse a la diferenciación de una sola célula específica y, por lo tanto, es un efecto muy específico de la citoquinina. [18]

Modo de acción

La señalización de citoquininas en las plantas está mediada por un fosforelay de dos componentes. Esta vía se inicia mediante la unión de citoquinina a un receptor de histidina quinasa en la membrana del retículo endoplásmico . Esto da como resultado la autofosforilación del receptor, transfiriéndose luego el fosfato a una proteína de fosfotransferencia. Las proteínas de fosfotransferencia pueden luego fosforilar los reguladores de respuesta tipo B (RR), que son una familia de factores de transcripción . Los RR de tipo B fosforilados y, por tanto, activados, regulan la transcripción de numerosos genes, incluidos los RR de tipo A. Los RR tipo A regulan negativamente la vía. [19]

Biosíntesis

La adenosina fosfato-isopenteniltransferasa (IPT) cataliza la primera reacción en la biosíntesis de citoquininas de isopreno . Puede usar ATP , ADP o AMP como sustratos y puede usar pirofosfato de dimetilalilo (DMAPP) o pirofosfato de hidroximetilbutenilo (HMBPP) como donantes de prenilo . [20] Esta reacción es el paso limitante de la velocidad en la biosíntesis de citoquininas . El DMADP y el HMBDP utilizados en la biosíntesis de citoquininas se producen mediante la vía del fosfato de metileritritol (MEP). [20]

Las citoquininas también pueden producirse a partir de ARNt reciclados en plantas y bacterias . [20] [21] Los ARNt con anticodones que comienzan con una uridina y que transportan una adenosina ya prenilada adyacente al anticodón liberan al degradarse la adenosina como una citoquinina. [20] La prenilación de estas adeninas se lleva a cabo mediante tRNA-isopenteniltransferasa . [21]

Se sabe que las auxinas regulan la biosíntesis de citoquininas. [22]

Usos

Debido a que las citoquininas promueven la división y el crecimiento de las células vegetales, se han estudiado desde la década de 1970 como posibles agroquímicos ; sin embargo, aún no se han adoptado ampliamente, probablemente debido a la naturaleza compleja de sus efectos. [23] Un estudio encontró que la aplicación de citoquinina a las plántulas de algodón condujo a un aumento del 5 al 10% en el rendimiento en condiciones de sequía. [24] Algunas citoquininas se utilizan en el cultivo de tejidos de plantas y también se pueden utilizar para promover la germinación de semillas .

Referencias

  1. ^ Aina O, Quesenberry K, Gallo M (2012). "Regeneración de cultivos de tejidos inducida por tidiazurón a partir de explantes de semillas cortadas en cuartos de Arachis paraguariensis". Ciencia de los cultivos . 52 (3): 555. doi :10.2135/cropsci2011.07.0367. S2CID  82510749.
  2. ^ abcdef Campbell NA, Reece JB, Urry LA, Cain ML, Wasserman SA, Minorsky PV, Jackson RB (2008). Biología (8ª ed.). San Francisco: Pearson, Benjamín Cummings. págs. 827–30. ISBN 978-0-555-03883-3.
  3. ^ Chen CM, Ertl JR, Leisner SM, Chang CC (julio de 1985). "Localización de sitios biosintéticos de citoquininas en plantas de guisantes y raíces de zanahoria". Fisiología de las plantas . 78 (3): 510–513. doi : 10.1104/pp.78.3.510. PMC 1064767 . PMID  16664274. 
  4. ^ Mok DW, Mok MC (junio de 2001). "Metabolismo y acción de las citoquininas". Revisión anual de fisiología vegetal y biología molecular vegetal . 52 (1): 89-118. doi :10.1146/annurev.arplant.52.1.89. PMID  11337393.
  5. ^ Sakakibara H (2006). "Citoquininas: actividad, biosíntesis y translocación". Revisión anual de biología vegetal . 57 (1): 431–449. doi : 10.1146/annurev.arplant.57.032905.105231. PMID  16669769. S2CID  25584314.
  6. ^ Schaller GE, Bishopp A, Kieber JJ (enero de 2015). "El yin-yang de las hormonas: interacciones de citoquininas y auxinas en el desarrollo de las plantas". La célula vegetal . 27 (1): 44–63. doi :10.1105/tpc.114.133595. PMC 4330578 . PMID  25604447. 
  7. ^ Großkinsky DK, Petrášek J (febrero de 2019). "Auxinas y citoquininas: el dúo dinámico de fitohormonas reguladoras del crecimiento que se dirige a nuevas costas". El nuevo fitólogo . 221 (3): 1187-1190. doi : 10.1111/nph.15556 . PMID  30644580.
  8. ^ ab Moore TC (1979), Moore TC (ed.), "Cytoquinins", Bioquímica y fisiología de las hormonas vegetales , Nueva York, NY: Springer US, págs. 147-180, doi :10.1007/978-1-4684- 0079-3_4, ISBN 978-1-4684-0079-3, recuperado el 17 de junio de 2022
  9. ^ VAN Overbeek J, Conklin ME, Blakeslee AF ​​(octubre de 1941). "Factores de la leche de coco esenciales para el crecimiento y desarrollo de embriones de datura muy jóvenes". Ciencia . 94 (2441): 350–351. Código Bib : 1941 Ciencia.... 94.. 350V. doi : 10.1126/ciencia.94.2441.350. PMID  17729950.
  10. ^ Collins S (14 de agosto de 1964). "Fisiología vegetal: la tradición de las plantas vivas. Por Johannes van Overbeek y Harry K. Wong. Asociación Nacional de Profesores de Ciencias, Washington, DC, 1964. 160 págs. 50 g". Ciencia . 145 (3633): 698–699. doi :10.1126/ciencia.145.3633.698.c. ISSN  0036-8075. S2CID  239878163.
  11. ^ ab Amasino R (julio de 2005). "1955: llega la kinetina: el 50 aniversario de una nueva hormona vegetal". Fisiología de las plantas . 138 (3): 1177-1184. doi : 10.1104/pp.104.900160. PMC 1176392 . PMID  16009993. 
  12. ^ Eckardt NA (1 de noviembre de 2003). "Un nuevo clásico de la investigación de citoquininas: las plantas de Arabidopsis deficientes en citoquininas proporcionan nuevos conocimientos sobre la biología de las citoquininas". La célula vegetal . 15 (11): 2489–2492. doi :10.1105/tpc.151110. ISSN  1040-4651. PMC 540265 . 
  13. ^ Chen CM (1 de febrero de 1998), "El descubrimiento de las citoquininas", Descubrimientos en biología vegetal , vol. 1, CIENTÍFICO MUNDIAL, págs. 1 a 15, doi :10.1142/9789812817563_0001, ISBN 978-981-02-1313-8
  14. ^ Thomas H (enero de 1978). "Enzimas de movilización de nitrógeno en hojas desprendidas de Lolium temulentum durante la senescencia". Fisiología de las plantas . 142 (2): 161–169. doi : 10.1104/pp.116.1.329. PMC 35173 . PMID  24408097. 
  15. ^ Choi J, Huh SU, Kojima M, Sakakibara H, Paek KH, Hwang I (agosto de 2010). "El factor de transcripción ARR2 activado por citoquinina promueve la inmunidad de las plantas a través de la señalización del ácido salicílico dependiente de TGA3/NPR1 en Arabidopsis". Célula del desarrollo . 19 (2): 284–295. doi : 10.1016/j.devcel.2010.07.011 . PMID  20708590.
  16. ^ Grosskinsky DK, Naseem M, Abdelmohsen UR, Plickert N, Engelke T, Griebel T, et al. (octubre de 2011). "Las citoquininas median la resistencia contra Pseudomonas syringae en el tabaco mediante una mayor síntesis de fitoalexinas antimicrobianas independientemente de la señalización del ácido salicílico". Fisiología de las plantas . 157 (2): 815–830. doi : 10.1104/pp.111.182931. PMC 3192561 . PMID  21813654. 
  17. ^ Großkinsky DK, Tafner R, Moreno MV, Stenglein SA, García de Salamone IE, Nelson LM, et al. (Marzo de 2016). "La producción de citoquininas por Pseudomonas fluorescens G20-18 determina la actividad de biocontrol contra Pseudomonas syringae en Arabidopsis". Informes científicos . 6 : 23310. Código Bib : 2016NatSR...623310G. doi :10.1038/srep23310. PMC 4794740 . PMID  26984671. 
  18. ^ Decker EL, Frank W, Sarnighausen E, Reski R (mayo de 2006). "Biología de sistemas de musgo en camino: fitohormonas en el desarrollo de Physcomitrella". Biología Vegetal . 8 (3): 397–405. Código Bib : 2006PlBio...8..397D. CiteSeerX 10.1.1.319.9790 . doi :10.1055/s-2006-923952. PMID  16807833. 
  19. ^ Hutchison CE, Kieber JJ (1 de enero de 2002). "Señalización de citoquininas en Arabidopsis". La célula vegetal . 14 (Supl.): S47 – S59. doi :10.1105/tpc.010444. PMC 151247 . PMID  12045269. 
  20. ^ abcd Hwang I, Sakakibara H (2006). "Biosíntesis y percepción de citoquininas". Fisiología Plantarum . 126 (4): 528–538. doi : 10.1111/j.1399-3054.2006.00665.x .
  21. ^ ab Miyawaki K, Matsumoto-Kitano M, Kakimoto T (enero de 2004). "Expresión de genes de isopenteniltransferasa biosintética de citoquinina en Arabidopsis: especificidad de tejido y regulación por auxina, citoquinina y nitrato". El diario de las plantas . 37 (1): 128-138. doi : 10.1046/j.1365-313x.2003.01945.x . PMID  14675438.
  22. ^ Nordström A, Tarkowski P, Tarkowska D, Norbaek R, Astot C, Dolezal K, Sandberg G (mayo de 2004). "Regulación de auxinas de la biosíntesis de citoquininas en Arabidopsis thaliana: un factor de importancia potencial para el desarrollo regulado por auxinas-citoquininas". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 101 (21): 8039–8044. Código Bib : 2004PNAS..101.8039N. doi : 10.1073/pnas.0402504101 . PMC 419553 . PMID  15146070. 
  23. ^ Koprna R, De Diego N, Dundálková L, Spíchal L (febrero de 2016). "Uso de citoquininas como agroquímicos". Química bioorgánica y medicinal . Desarrollos recientes en agroquímica. 24 (3): 484–492. doi :10.1016/j.bmc.2015.12.022. PMID  26719210.
  24. ^ Yao S (marzo de 2010). "La hormona vegetal aumenta el rendimiento del algodón en condiciones de sequía". Noticias y Eventos . Servicio de Investigación Agrícola (ARS), Departamento de Agricultura de EE. UU.

enlaces externos