Autores
Durango, D. (UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA) ; Gil, J. (UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA) ; Quenguan, F. (UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA)
Resumo
Las enzimas relacionadas con la patogénesis (ERP) se acumulan en las plantas
durante y después de la infección con patógenos y tienen una función importante en
la defensa, bien sea hidrolizando la pared celular del patógeno o catalizando
reacciones en la biosíntesis de metabolitos antimicrobianos; la producción de las
ERP puede ser estimulada por el uso de sustancias químicas (elicitores) de origen
natural o sintético (derivados indanoilo). La actividad de las ERP ha sido
correlacionada con la resistencia a enfermedades fúngicas. En este trabajo, se
evaluó la actividad de las ERP en varias leguminosas como resultado del
tratamiento con derivados tipo indanoilo. La actividad catalítica fue dependiente
de la especie, el tiempo post-elicitación, y la estructura del derivado indanoilo.
Palavras chaves
Phaseolus vulgaris; Phaseollin; Genistein
Introdução
La búsqueda de nuevas alternativas para combatir microorganismos fitopatogénicos
ha cambiado en los últimos años y ya no se enfoca exclusivamente en la síntesis
aleatoria y optimización de sustancias químicas biocidas. El conocimiento de la
interacción entre las enzimas y los metabolitos de la planta y el patógeno, ha
permitido diseñar nuevas moléculas más activas y específicas contra hongos, y
consecuentemente, más amigables con el ambiente y la salud.
La resistencia en las plantas a patógenos depende de dos factores: a) alta
capacidad de la planta para reconocer al patógeno (mediante elicitores) y
b) velocidad para generar sustancias de defensa (como las enzimas relacionadas
con la patogénesis, ERP) que limiten su colonización (THAKUR & SOHAL, 2013). Los
elicitores hacen referencia a una variedad de compuestos (salicilatos y
jasmonatos), los cuales pueden ser derivados de microrganismos (como la
coronatina) o ser de origen vegetal o sintético (por ejemplo, derivados
indanoilo relacionados estructuralmente con la coronatina)(BURBANO-FIGUEROA,
2020). Por su parte, las ERP son producidas por las plantas como consecuencia
del ataque de microorganismos; su papel (hidrolizando la pared celular del
patógeno o catalizando la biosíntesis de metabolitos antimicrobianos) como
mecanismo activo de defensa contra patógenos ha sido ampliamente demostrado
(KAUR et al. 2020).
Los elicitores protegen los cultivos por un mecanismo de acción no biocida
que involucra la inducción de ERP. Entre estos, los derivados indanoilo
(análogos aromáticos relacionados estructuralmente con la fitotóxina
coronatina), ha sido desarrollado. En el presente trabajo se evaluó la
elicitación de ERP en varias leguminosas como resultado del tratamiento con
derivados indanoilo.
Material e métodos
1. Derivados indanoilo:
Los derivados indanoilo se prepararon a partir del ácido 2-carboxicinámico, por
reacciones de hidrogenación y ciclación intramolecular de Friedel-
Crafts. El producto, ácido 1-oxo-4-indanoil carboxílico, se transformó en
diferentes derivados por reacciones de condensación con alcoholes y aminoácidos,
y condensación aldólica. Los productos se purificaron mediante técnicas
cromatográficas y se caracterizaron por métodos espectroscópicos (IR y RMN).
2. Enzimas relacionadas con la patogénesis, ERP:
Se evaluó la actividad de las enzimas fenilalaninaamonio liasa (PAL), quitinasa
y β-1,3-glucanasa. La PAL está involucrada en la biosíntesis de los
fenilpropanoides, mientras que la quitinasa y β-1,3-glucanasa participan de la
degradación de la pared celular de patógenos que contienen beta-1,3-glucano y
quitina. Los análisis se realizaron por métodos espectrofotométricos. Para la
PAL se evaluó la producción de ácido cinámico resultado de la reacción sobre la
fenilalanina con el extracto enzimático proveniente de las plántulas de
leguminosas elicitadas.
3. Inducción:
Plántulas de frijol común (Phaseolus vulgaris L., vari) y mungo (Vigna radiata)
se
elicitaron por inmersión de sus raíces, con cada derivado indanoilo. Luego, las
plántulas se incubaron y posteriormente se cosecharon a diferentes tiempos post-
elicitación (24, 48, 72 y 96 horas). A partir de 1 gramo de material vegetal se
preparó el extracto enzimático.
4. Determinación de la actividad enzimática:
La actividad de las enzimas PAL, β-1,3-glucanasa, y quitinasa se evaluó
siguiendo los protocolos de MOZZETTI et al.(1995), detección de azucares
reductores de AHMED (2016), y YE & NG (2005), respectivamente. Como control
positivo se usó metiljasmonato, MeJA (un potente elicitor).
Resultado e discussão
Resultados:
1.) En la Figura se presentan los derivados indanoilo empleados como potenciales
elicitores de enzimas relacionadas con la patogénesis (ERP) en leguminosas. Los
rendimientos para los derivados indanoilo (4), (5), (6), (7), y (8) fueron
respectivamente 53, 75, 57, 55, y 33%.
2.) Actividad de la enzima PAL:
El patrón de actividad enzimática fue similar en todos los cultivares; como
resultado de la elicitación, se detectó un incremento en la actividad enzimática
de la PAL, incluso después de las 2 horas de post-elicitación, y alcanzando un
máximo a las 24 h. Posteriormente, la actividad enzimática decreció rápidamente.
Para todos los cultivares, los derivados indanoilo (6) y (7) mostraron la mayor
elicitación de la actividad de la enzima PAL, siendo cercanos a la producida por
el tratamiento con metiljasmonato. La mayor actividad de la enzima PAL se
presentó en el cultivares de frijol resistente a la enfermedad antracnosis.
3.) Actividad de la enzima β-1,3-glucanasa:
El tratamiento de frijol común y Mungo con MeJA, dio como resultado un
incremento en la actividad enzimática β-1,3-glucanasa, en todos los cultivares,
incluso después de las 2 horas de incubación. Para tratamientos con MeJA y
derivados indanoilo como (6) y (7), se evidenció un incremento, alcanzando un
máximo de actividad a las 72 h principalmente. El frijol común mostró la mayor
actividad de la enzima β-1,3-glucanasa.
4.) Actividad de la enzima quitinasa:
La actividad quitinasa fue dependiente del tiempo. Para el metiljasmonato, la
actividad incrementó para todas las especies evaluadas. Una vez más, las mayores
actividades quitinasa se encontraron para los derivados indanoilo (6) y (7).
Se presenta la preparación de los derivados indanoilo evaluados como potenciales elicitores de enzimas relacionadas con la defensa en leguminosas
Conclusões
La actividad de las enzimas relacionadas con la patogénesis (ERP) fue dependiente
de la especie (el frijol común mostró la mayor actividad PAL y β-1,3-glucanasa),
la variedad (la variedad resistente a la antracnosis ICA Bachue mostró la mayor
actividad PAL y β-1,3-glucanasa), el tiempo (la enzima PAL mostró su mayor
actividad a las 24 h post-elicitación), y la estructura del derivado indanoilo
(los compuestos (6) y (7) mostraron el mayor efecto elicitor). Los derivados
indanoilo pueden ser empleados como elicitores de ERP en leguminosas, como
alternativa a los fungicidas actuales.
Agradecimentos
Este trabajo fue financiado por MINCIENCIAS/Departamento Administrativo de
Ciencia, Tecnología e Innovación (111874558342; FP44842-057-2017) y la Universidad
Nacional de Colombia, Sede Medellín (50136; Quipu: 201010026836).
Referências
AHMED, G.A. Biochemical changes in treated cucumber plants with some elicitors against downy mildew disease in protected houses. International Journal of Scientific & Engineering Research, n. 7, 1026-1035, 2016.
BURBANO-FIGUEROA, O. Plant resistance to pathogens: A review describing the vertical and horizontal resistance concepts. Revista Argentina de Microbiología, n. 52, 245-255, 2020.
KAUR, S., BHARDWAJ, R.D., KAUR, J., KAUR, S. Induction of defense-related enzymes and pathogenesis-related proteins imparts resistance to barley genotypes against spot blotch disease. Journal of Plant Growth Regulation, n. 41, 682–696, 2022.
MOZZETTI, C., FERRARIS, L., TAMIETTI, G., MATTA, A. Variation in enzyme activities in leaves and cell suspensions as markers of incompatibility in different Phytophthora-pepper interactions. Physiological and Molecular Plant Pathology, n. 46, 95-107, 1995.
THAKUR, M., SOHAL, B.S. Role of elicitors in inducing resistance in plants against pathogen infection: A review. International Scholarly Research Notices Biochemistry, n. 2013, 762412, 2013.
YE, X., NG, T.B. A chitinase with antifungal activity from the mung bean. Protein Expression and Purification. n. 40, 230-236, 2005.
