La floraci

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La floraciónAportes de la fisiología molecular

• MSc. Heidy Chavarría

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Plan

• 1) Introducción, ambiente y floración
• 2) Modelos fisiológicos de la floración
• 3) Aportes de la fisiología molecular
• 4)Genes y floración
• 5) Regulación del fotoperíodo y control de la
  floración
• 6) Papel de las hormonas
• 7) Intereses biotecnológicos

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1) Introducción, ambiente y floración
La floración es uno de los caracteres que
determinan el ciclo de vida de una planta y de su
éxito reproductivo.
La fecha de la floración determina la duración de
la fase vegetativa y de la fase reproductiva en
el ciclo de vida de una planta.
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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1) Introducción, ambiente y floración
Florecer una decisión capital para la plante

• Lugar meristemo (viene de meristosdivisión)
  Masivo de células embrionarias que se dividen y
  dan nacimiento a
• tallo, hojas, raíces ( meristemo vegetativo)
• La flor ( meristemo reproductor)
• Transición irreversible
• - Si se producen en el mal momento, consecuencias
  en la calidad de los granos.
• Sincronización de la floración con una
  estación favorable.

Floral
Vegetativo
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(No Transcript)
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• La inducción floral es el periodo donde ciertos
  órganos de la planta, bajo el efecto de estímulos
  exteriores, envían al meristemo un mensaje, la
  señal de floración.
• Cambios en el modo de desarrollo switch
• indeterminado -gtdeterminado
• En las plantas anuales, la inducción floral es
  también el inicio de
• la senescencia
• Regulado por el fotoperíodo
• -gt fotomorfogénesis
• La evocación floral es el periodo donde el
  meristemo se reorganiza en función de ese
  programa.
• Corresponde a una reorganización de la
  arquitectura del apex, preparación a la
  diferenciación de los brotes florales.
• La iniciación floral es el periodo donde se
  diferencian los brotes de las piezas florales (
  cambios morfológicos, que poco a poco le dan el
  aspecto de un meristemo prefloral o, en el caso
  de una inflorescencia, de un meristemo
  inflorescencial).
• En esta etapa se continua la floración que se
  manifiesta por el desarrollo de piezas florales
  (sépalos, pétalos, etaminas y carpelos), la
  meiosis seguida de la formación de gametos, la
  brotación y finalmente el desarrollo de la flor.

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Control de la floración y de la identidad floral

• Condiciones
• Las inherentes de la planta correlaciones
  morfogenéticas.
• El aparato vegetativo debe haber alcanzado un
  estado de
• desarrollo suficiente
• tomate (haber formado13 nudos),
• trigo (7 hojas), roble (50 años)
• La proporción entre órganos reproductores y
  vegetativos
• debe ser adaptado para evitar competencias por
  las
• sustancias nutritivas
• el tamaño de la fruta

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1) Introducción, ambiente y floración

• Existe grandes variaciones entre las especies,
  pero también en el interior de una especie, para
  las estrategias de floración, que son
  determinadas por el ambiente abiótico
  (fotoperíodo, temperatura y nutrientes ) o
  bióticos (competición por la luz, herbívoros,
  polinizadores)
• Clima temperado los problemas principales son
  los periodos fríos durante el invierno.
• ? vernalizacion permite ajustar la fecha de
  floración ( trigo, chícharos, cebada, A.
  thaliana)
• Clima tropical el fotoperíodo es un indicador
  de la transición entre la época seca y la época
  lluviosa.
• ? sensibilidad al fotoperíodo
• plantas de días cortos/ plantas de días largos.
• Otros factores ambientales luz, temperatura,
  nutrientes, hormonas.

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1) Introducción, ambiente y floración
Numerosas vías integradas.
Desarrollo - Hormona (GA) - Edad,
azúcar, C/N
Luz - Calidad - Longitud

• Temperatura
• - Periodo de frio
• - Ambiente

Detección/Transducción de señales
Integradores florales
Transición floral
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2) Modelos fisiológicos de la floración
Numerosos tipos de plantas

• - Plantas de días largos
• - La planta florece en primavera-verano cuando
  los días son mas largos
• ex Arabidopsis, chícharo, clavel
• - Plantas de días cortos
• La planta florece en otoño-invierno, cuando los
  días son mas cortos
• ex arroz, soya, café, crisantemo
• - Plantas indiferentes
• La planta es indiferente a la longitud del día.
• ex pepino, tomate, papa
• - Plantas afóticas
• - La planta es capaz de florecer en la
  oscuridad.
• ex jacinto

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2) Modelos fisiológicos de la floración
Fotoreceptores

• Perciben la calidad de la luz
• Fitocromos perciben el rojo y el rojo lejano
• 5 genes nucleares en Arabidopsis
• Existen en las plantas, algas y bacterias
• Cryptocromos perciben el azul
• Identificación de fotoreceptores pora análisis de
  mutantes

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Etiolación Pfr es convertido en Pr
elongación
Pfr inactiva represores del desarrollo
normal para promover el desarrollo etiolado el
alargamiento de los tallos y de los entrenudos
Fotomorfogénesis
Percepción de las sombras de otras
plantas Longitudes de onda gt 700 menos absorbidas
que lt 700
Germinación en la oscuridad etiolación
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Fitocromo
A la luz del día equilibrio entre las dos
formas.
En la noche Pfr decrece regularmente
Flash de luz roja Pfr aumenta rápidamente la
floración de plantas de días largos (noches
cortas)
Inhibición de las plantas de días cortos ( noches
no suficientemente largas)
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Modelo de coincidencia externa

• Modelo de coincidencia externa (Pittendrigh and
  Minnis)
• izquierda la luz modula la actividad de un
  regulador. si supera un umbral con luz, promueve
  la floración de Arabidopsis (PDL)
• no lo hace sin luz (derecha)

Modelo de coincidencia externa
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Genética molecular
3) Aproches desde la fisiología molecular

• Se explota las variaciones/modificaciones de
  secuencias
• (aleatorias/escogidas, inducidas/naturales) de un
  genoma
• entre individuos ( afectando la actividad de un
  gen)
• Genética forward (del fenotipo al gen)
• 1- Identificar un gen implicado en una función
  biológica.
• Genética reverse (del gen al fenotipo)
• 2- Demostrar la función de un gen.
• 3- Caracterizar los modos de acción de los
  productos de ese gen, en la planta, la célula y
  con otras moléculas asociadas.

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Aproches globales para caracterizar nuevas
funciones biológicas
Pregunta biológica
Fisiología Bioquímica
Rol funcional
Visión global -Regulación -Interacción
-Metabolismo
Relación entre fenotipo y bioquímica
Recursos genéticos - Genética inversa
- Diversidad alélicas
Genómica funcional
Hipótesis de trabajo
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Floración
Vía autónoma
Duración de la iluminación diaria
Vernalización
FLC
FRI
Fotoperíodo
GA
FD,SOC, FT Integradores de floración
CO
LFY, AP1 Meristemo floral , genes de
identidad
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4) Floración y genes
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Desarrollo floral

• Si bien hay otros sistemas estudiados la mayor
  parte de las informaciones
• genéticas provienen de Arabidopsis thaliana.

La flor está formada por órganos, organizados en
cuatro círculos concéntricos
La
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• Las células epidérmicas de los órganos florales
  tienen
• morfologías muy diferentes.

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• El modelo ABC predice que cada gen o par de genes
  controla la identidad de dos verticilos.
• Los productos de los genes A y C se inhiben
  mutuamente.

Modelo ABC
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Perdida de función de A (apetala1), C (agamous)
lo remplaza. Perdida de función de B (AP3, PI) A
y C lo remplazan.
Perdida de función de C (agamous), A lo remplaza.
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• Mutaciones de 4 genes principales conducen a
  transformaciones
• homéoticas (cambios de identidad de un órgano)
• apetala2 reemplazamiento de los sépalos por
  carpelos y etaminas remplazan a
• veces los pétalos( afecta los verticilos 1 y 2)
• pistillata y apetala3 los sépalos remplazan los
  pétalos y los carpelos remplazan
• a las etaminas (afectan los verticilos 2 y 3)
• agamous las etaminas son remplazadas por los
  pétalos y el gineceo es
• remplazado por una segunda flor agamous. El
  arreglo sépalo-pétalo-sépalo es
• reiterado numerosas veces (afecta el verticilo 3
  y 4)
• crecimiento determinado-gt indeterminado

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• El perfil de expresión de los genes confirma en
  parte el modelo ABC.
• Otros genes fueron adjuntados.

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• Otros genes implicados
• APETALA 1 y 2 mutaciones aumentan el fenotipo
  lfy
• CAULIFLOWER mutantes cal ap1 sobre producen
  meristemos florales,
• inflorescencias de tipo coliflor.
• LEAFY es expresado en el meristemo vegetativogt
  rol de integración de
• las señales de floración?
• Perfiles de expresión recubrantes
• Aumentación mutua de la actividad-gt probablemente
  por factores de
• transcripción.

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Objetivos ( directo o indirecto?) de las señales
de floración genes que regulan la identidad de
los meristemos florales

• LEAFY (LFY),
• leafy mutante, los tallos que tendrían que
  convertirse en flores guardan un crecimiento
  indeterminado
• expresión constitutiva de LFY los tallos
  secundarios se convierten en flores y el tallo
  primario se transforma precozmente en flor.
• -gtLFY regula la identidad del meristemo floral y
  el tiempo de floración.

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• Interaccione genéticas durante el paso del
  meristemo vegetativo al
• meristemo de inflorescencia
• En el meristemo apical LEAFY es inhibido y
  AGAMOUS también pues el
• crecimiento es indeterminado.
• Después de activación de LEAFY (florigeno, etc.),
  WUSCHEL y LEAFY activan
• conjuntamente AGAMOUS,
• LEAFY da una especificidad temporal (convertir en
  flor )
• WUSCHEL da una especificidad regional (seguir
  como meristemo)
• AGAMOUS determina la identidad de los órganos
  florales y el crecimiento
• determinado del meristemo floral reprimiendo
  WUSCHEL

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• AG, PI, AP1 y AP3 pertenecen a una familia de
  factores de transcripción conservados durante la
  evolución y que contienen un dominio de unión al
  ADN (MADS box genes)
• Genes similares participen en la elaboración de
  flores diferentes.
• Los genes del desarrollo floral se encuentran en
  las plantas sin flor, ex homologo funcional de
  LEAFY en el pino (complementa la mutación lfy
  en Arabidopsis).

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• Mutaciones de TERMINAL FLOWER 1 (TFL1) gt
  finalización precoz de la flor
• TFL1 (indeterminado -gt determinado) antagonista
  de LFY (determinado-gt indeterminado)

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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Vía autónoma
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Vía de señalización de GA
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5) Regulación del fotoperíodo y control de la
floración

• Descubrimiento del fotoperiodo en
  1920

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Fotoperíodo
Las plantas de días cortos florecen solamente
cuando la duración del día es inferior a un valor
critico, si el periodo de oscuridad es
interrumpida no hay floración. Las plantas de
días largos florecen solamente cuando la duración
del día es superior a un valor critico, si la
planta es en día corto y la oscuridad es
interrumpida hay floración
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El fotoperíodo es percibido por las hojas señal
florigeno
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No hay florigeno universal

• Proceso multifactorial,
• Inductores internos GA, CK, azúcares,
  poliaminas
• Inductores externos fotoperíodo, vernalizacion
• Transportados hacia el apex del tallo vía
  simplastica
• Se pudo aislar mutantes de la floración precoz
  (genes represores) o tardía
• ( genes activadores)
• ex las mutaciones de CONSTANS (CO) y Flowering
  locus T (FT) retardan la floración en días largos
• La expresión desregulada de CONSTANS (CO) ,
  induce la floración en días
• cortos
• La proteína FT es inducida en la hoja, después
  migra hacia el meristemo donde
• ella induce la expresión de LEAFY, APETALA etc
  -gt componente del florigeno

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Descubrimiento de CONSTANS

• CONSTANS es una proteína inestable, de vida
  corta.
• La expresión de su gen es regulada por el reloj
  circadiano su concentración varía
  sinusoidalmente
• Su función es regulada por la luz
• Cuando coinciden alta concentración y activación
  por luz, promueve el gen de floración T (FT) gt
  la planta florece

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• La sobreexpresion de CO o de FT es suficiente
  para inducir una floración precoz mismo en días
  cortos.

Confirmación de las propiedades de inducción de
CO y de FT
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Modelo de la regulación de la floración por CO
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Modelo de la regulación de la floración por CO
a) en Arabidopsis (PDL), la luz percibida por
fitocromo A y CRY2 controla el reloj () gt el
cual a su vez modula CO gt FT gt floración. si
CO se expresa de noche no florece b) en arroz
(PDC), la luz percibida por fitocromos B, D y E
controla el reloj, que a su vez regula una
proteína similar a CONSTANS dicha proteína con
luz es represor de floración. En DC, se
expresa de noche gt floración
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• Factor migrante de las hojas al meristemo
• ARNm o proteina FT?

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(No Transcript)
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Resumen sobre los actores de la vía de días largos
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VERNALIZACION

• Ciertas plantas o poblaciones naturales
  (écotipos)
• necesitan pasar a frío para florecer ( invierno)
• El gen FRIGIDA permite una floración tardía que
• puede ser modulada por un tratamiento con frío
• (vernalización), mutaciones espontáneas (perdida
  de
• función) existen en los ecotipos de países
  calientes no
• necesitando pasar a frío
• ? FRI percepción de la temperatura para inducir
  la floración
• La vernalización provoca la desmetilación de las
• Citosinas (5-azacitidina mime a la vernalización)
• gtla desmetilación de ciertos genes durante la
  germinación regula la floración, más tardía.
• Modificaciones son heredables mitoticamente
  estado
• epigenético.

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6)Papel de los reguladores de crecimiento

• Giberelinas activo papel en la floración.
• En las Pináceas, GA4/7 y GA9, inducen la
  formación de estróbilos.
• PDL (Lolium y Fuchsia) aplicación de GA en
  DC induce floración
• En fresa (PDC) las giberelinas estimulan su
  floración en días largos.
• no todas las GA son eficaces Silene armeria,
  se ve inducida por GA7, pero no
• por GA1 y GA6.
• En Cupresaceas, Taxodiaceas y algo en
  Pinaceas, las GAs acortan la fase juvenil.
• GAs substituyen exigencias de frío de algunas
  especies (zanahoria).
• Las auxinas
• inhiben floración, salvo ANA y 2,4-D, que la
  inducen en PDL.

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• El etileno inhibe la floración, tanto en la fase
  de iniciación del primordio como durante el
  desarrollo posterior de la flor.
• Las citoquininas
• inducen floración en algunas plantas, pero en
  la mayoría no producen efectos.
• En algunas PDC favorecen floración en
  condiciones de DL.
• En Arabidopsis (PDL), imitan la acción de
  giberelinas.
• El ácido abscísico favorece la floración de
  plantas de grosella y fresa ( ambas PDC)
  previamente inducidas

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CK, Auxinas y GA
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(No Transcript)
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7) Intereses biotecnológicos

• Aplicaciones biotecnológicas en el control de la
  floración
• Inducción de la floración
• Permite el cultivo de especies necesitando
  condiciones estrictas de floración en
• ambientes no favorables (fotoperíodo o
  temperatura)
• Domesticación de especies
• Acelera el proceso de selección varietal en los
  árboles ( floración tardía 40 años )
• Interés en horticultura para aumentar el numero
  de inflorescencias ( orquídeas ).
• Represión/prevención de la floración
• Aumentar los rendimientos en biomasa ( caña de
  azúcar)
• Aumentar los rendimientos en frutas ( piña)
• Permite evitar la floración durante las heladas
  de primavera en países con las
• cuatro estaciones ( melocotones).

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Identificacion de los reguladores de la
floracion Genetica clasica busqueda de
mutantes con floracion tardia en dias largos.

• 3 Clases

• Floracion tardia en dias largos
• Floracion normal en dias cortos
• Insensible a la vernalización
• Se bloquea un inductor de días largos
• co, ft, gi, cry2
• Floracion tardía en días largos
• Floracion tardía en días cortos
• Floracion precoz despues vernalizacón
• Se bloquea un inhibidor de un inhibidor de
  floracion
• fca, fpa, fy, ld
• Floracion tardía en días largos
• Floracion tardía en días cortos
• Afectada en la sintesis o en la respuesta a las
• giberelinas.
• Se bloquea la induccion hormonal ga1, gai.

Los dobles mutantes de un mismo grupo son
identicos Los dobles mutantes obtenidos de 2
grupos tienen un fenotipo aditivo