Enzimas de resistencia en especies silvestres de Solanum spp.

Abstract

La papa (Solamun tuberosum) pertenece a la familia de las Solanáceas su centro de origen se ubica en la región de las montañas andinas del sur de américa. Existen cinco mil variedades de papa en el mundo de las cuales tres mil se han encontrado en Perú, Bolivia, Ecuador, Chile y Colombia (Hijmans y Spooner, 2001). Es el cuarto cultivo más importante a nivel mundial, después del trigo, arroz y maíz (Ezekiel, et al., 2013). La principal enfermedad que ataca a este cultivo es el tizón tardío causada por el oomiceto Phytophthora infestans. En condiciones de humedad y temperaturas de 10 a 20 °C puede causar severos daños al desarrollo y rendimiento de la planta (Fry, 2008). Esta enfermedad puede afectar negativamente a este cultivo originando efectos devastadores como los ocurridos en la década de 1840 donde más de un millón de irlandeses murieron y cientos de miles migraron hacia los Estados Unidos y demás países europeos debido al daño que causó el tizón tardío a los cultivos de papa (Zadoks, 2008). En la actualidad esta enfermedad es considerada una amenaza ya que el patógeno produce estructuras de propagación asexual (esporangios y zoosporas) las cuales son fácilmente dispersadas por el viento y la lluvia, además de que la reproducción sexual de este oomiceto produce oosporas que pueden sobrevivir por largos periodos (Brylinska, et al., 2016). El número de cultivares utilizados en plantaciones comerciales no ha sido suficiente para reducir las pérdidas que esta enfermedad provoca a los agricultores, ya que los cultivares desarrollados en el siglo XIX y principios del XX proveyeron una estrecha base genética. Hasta el final del siglo XX el germoplasma disponible consistió en un pequeño número de cultivares de papa resistentes a tizón tardío (Colon, 1994) y para la década de los 80s el 77 % de los cultivares europeos (incluyendo Rusia) y norteamericanos habían introducido genes resistentes a P. infestans provenientes sólo de S. demissum (Zoteyeva, et al., 2012). El Instituto Vavilov de Recursos Fitogenéticos (VIR) inició la colecta de especies silvestres de papa en el año de 1926 en México, Guatemala, Colombia, Perú, Bolivia y Chile (Zoteyeva, et al., 2012). Durante 1998-2000 el Instituto de Fitomejoramiento y Aclimatación en coordinación con el Instituto Nacional de Investigación IHAR-PIB (Polonia) utilizaron las semillas colectadas para reconstruir las accesiones del VIR con apoyo financiero del CEEM (CornellEastern Europe-Mexico) proyecto enfocado al control de tizón tardío (Zoteyeva, et al., 2012). Actualmente el VIR cuenta con 2300 variedades de papa de las cuales 320 han sido mejoradas en Rusia y países vecinos (Antonovaa, et al., 2016). Los factores bióticos y abióticos afectan el desarrollo y rendimiento de los cultivos (Hakeem, et al., 2012; Mahajan y Tuteja 2005). Por lo que las primeras barreras de defensa de la planta ante el ataque de patógenos son la pared celular y cutícula, además de deposiciones de minerales, lignina y calosa las cuales protegen a la planta de amenazas externas (Malinovsky, et al., 2014; Song, et al., 2016). No obstante, durante la interacción planta-patógeno la planta genera una Reacción Hipersensitiva (HR) que desencadena muerte celular programada (PCD) del tejido cercano a la zona de infección y la síntesis de especies reactivas de oxigeno (ROS) (Serrano, et al., 2014). El ataque de P. infestans activa una gran cantidad de genes que codifican enzimas que participan en las rutas metabólicas relacionadas con la defensa de la planta como los fenilpropanoides y alcaloides. (Wang, et al., 2005). Sin embargo, para eliminar los efectos de ROS, las células activan el metabolismo anti-oxidativo. Catalasa (CAT), peroxidasa (POD) y superóxido dismutasa (SOD) son enzimas que forman parte de este metabolismo. Como parte del sistema de defensa no enzimático los polifenoles son compuestos no proteínicos que contribuyen a eliminar a las especies reactivas de oxigeno (Foyer y Noctor, 2013). Por otra parte, los compuestos fenólicos son productos del metabolismo secundario de las plantas y son esenciales para el crecimiento y reproducción además de que forman parte del sistema de defensa de la planta y contribuyen a la pigmentación (Naczk y Shahidi, 2004). Algunas enzimas como la polifenol oxidasa (PPO) y peroxidasa (POD) se relacionan con la oxidación de compuestos fenólicos catalizando la oxidación de fenoles en quinonas, las cuales se polimerizan para formar pigmentos oscuros (Vaughn, et al., 1998). Otros compuestos sintetizados bajo altas concentraciones de ROS son el ácido salicílico (AS) así como la fenilalanina amonio-liasa (PAL) la cual es la primera enzima de la ruta de los fenilpropanoides la cual sintetiza el ácido trans-cinámico precursor del AS (Koukol y Conn, 1961). Cabe mencionar que alta actividad de enzimas antioxidantes son consideradas un potencial bioquímico de la planta para resistir el daño oxidativo (Gill y Tuteja, 2010; Maksimovic, et al., 2013). El objetivo de la presente investigación fue cuantificar el contenido de fenoles totales (FEN) y ácido salicílico (AS) así como la actividad de las enzimas fenilalanina amonio-liasa (PAL), catalasa (CAT), peroxidasa (POD), superóxido dismutasa (SOD) y polifenol oxidasa (PPO) en accesiones silvestres de papa Solanum tuberosum spp.). Obtenidas del Instituto Vavilov de Recursos Fitogenéticos (VIR) en respuesta al ataque del oomiceto Phytophthora infestans.