4
Formación y capacitación de recursos humanos altamente calificados
5
Expresión de biomarcardores candidatos de la deficiencia de nitrógeno, fósforo y potasio, boro, calcio, zinc y actividad fotosintética.
Resultados Esperados del Proyecto
6
Registro patentes posibles identificadas sobre las áreas de investigación mencionadas
Programas de nutrición coloidal validados científicamente
1
Identificación de biomarcadores de desbalances nutricionales
3
Maximización de la productividad de cultivos
2
Señalización en Células Meristemáticas
Las poblaciones de células madre en los meristemos son mantenidos a través de la vía de señalización CLAVATA (CLV), la cuál se constituye por un pequeño péptido secretado (CLV3), los receptores tipo quinasa CLV1 y CRN, así como por el receptor CLV2
Señalización en Células Meristemáticas
El modelo para la vía de señalización CLAVATA sugiere que CLV1, CLV2 y CRN reconocen el péptido CLV3 produciendo la activación del receptor que conduce a la represión de la expresión del factor de transcripción del homodominio Wuschel (WUS), el cual es un pequeño péptido que actúa como un centro de organización requerido para el control de la población de células madre. En ausencia de este péptido se produce un aumento en dicha población
Marcadores Moleculares en Células Meristemáticas
Estudios de mutagenesis dirigida hacia la región exónica de los genes CLV1, CLV2 y CLV3, ocasiona un aumento en la población de células madres, lo que se debe a que las células que recientemente se habían diferenciado, se reconvierten en células madre
El factor de transcripción SHOOTMERISTEMLESS (STM) en conjunto con WUS se requieren para controlar los procesos de diferenciación celular en el meristemo
WUS y STM han sido consideradas como moléculas biomarcadores para determinar el estado fisiológico de las células meristemáticas, ya que WUS actúa para mantener la función de células madre, mientras que STM es necesaria para el mantenimiento de un estado indiferenciado
Marcadores Moleculares en Células Meristemáticas
Células Meristemáticas en Plantas
El crecimiento y desarrollo de las plantas depende de los procesos continuos que ocurren en las células meristemáticas. Apartir de los meristemos se originan todos lo organos post-embrionarios, como hojas, tallos y flores
Células Meristemáticas en Plantas
Las plantas mantienen poblaciones de células madre en los tejidos jóvenes no diferenciados llamados "meristemos", que conservan su organización a través de la señalización célula-célula. Los meristemos mantienen poblaciones de células no diferenciadas y son esenciales para la producción de tejidos especializados
Biomarcadores y Señalización Intrónica-Exónica en Células Meristemáticas Vegetales
Factores Ambientales
Activación de factores de transcripción, canales y otros mecanismos de transporte
Mantenimiento de la Homeostasis
Red de Señalización
Los receptores de tipo kinasas (RLK) e histidin kinasas (HK) de la membrana celular regulan los mecanismos de homeostasis en respuesta al estrés abiótico y biótico, a través de la activación génica
Biomarcadores Relacionados a Membrana
Los receptores tipo kinasa (RLK) modula la expresión de genes que puede ser utilizados como marcadores del estado fisiológico de la planta
Tipo de
RLK
Gen
Función
LRR
GHR1
Regula la activación de canales iónicos
SRLK
Previene el desarrollo de la raíz en condiciones de salinidad
RLK7
Regula la velocidad de germinación y tolerancia al estrés oxidativo
OsSIK1
Permite el incremento de superóxido dismutasa que brinda tolerancia a la sequía y salinidad
RPK1
Resistencia a sequía
PERK
PERK4
Inhibe la elongación de la raíz ante perturbaciones de la homeostasis de Ca+2
CRK/DUF26
CRK36
Media la señalización vinculada al estrés osmótico
RLCK
CRLK1
Relacionada a la respuesta ante bajas temperaturas
Proteínas G
Grupo de proteínas
Se encuentran asociadas a membrana
Estructuralmente
Constituídas por las subunidades α, β y γ
Función
Participan en la transducción de señales
Proteínas G Heterotriméricas-Biomarcadores
Las proteínas G son un grupo de proteínas asociadas a la membrana plasmática, consideradas como moléculas de señalización
Respuesta a Estrés
Hídrico
Salino
Térmico
Respuesta a Hormonas
Auxinas
Giberelinas
Ácido Absícico
Eventos de Desarrollo
Formación de raíces
Elongación del hipocótilo
Diversas
Activación de Canales
Respuesta a Patógenos
Respuesta a la Luz
Proteínas G Heterotriméricas-Biomarcadores
Estas proteínas estan implicadas en la respuesta mediada por la membrana plasmática ante diversos factores, y puede ser utilizados como biomarcadores del estado fisiológido de la planta
Marcadores Moleculares en Células Meristemáticas
El gen LOG, recientemente reportado, es requerido para mantener las funciones del meristemo, este gen codifica un tipo de citoquina que se encarga de bioactivar la síntesis de nuevas citoquinas que inducen la proliferación y diferenciación celular
Región exónica-intrónica del gen LOG
Ubicación del gen LOG
Planta de arroz con deleción del gen LOG
Expresión normal del gen LOG
Biomarcadores y Transcriptómica a Nivel de Retículo Endoplásmico en Células Parenquimatosas
Proyecto de Investigación
"Validación de la nutrición coloidal según M.B.L.* e I.M.L.* para maximizar productividad de cultivos, reducir impacto ambiental y crear nueva metrología de diagnóstico nutricional basada en correlacionar indicadores moleculares y la respuesta productiva"
Retículo endoplásmico
El retículo endoplásmico (RE) es un organelo involucarado en:
Síntesis de Proteínas
Plegamiento de Proteínas
Ensamble de Proteínas
Degradación de Proteínas
Reciclaje de Proteínas
Permite el mantenimiento de la Homeostasis
Estrategia que permite posicionar la marca al tener un respaldo científico de los beneficios productivos y ambientales de la tecnología
Genes
N, P, K,B, Ca, Zn
RT-PCR
Biomarcadores
Déficit Nutrimental
Método de Detección
Resumen Ejecutivo del Proyecto
Objetivo General del Proyecto
Maximizar la productividad de cultivos de manera sustentable mediante un sistema de nutrición coloidal de bajo impacto ambiental y una nueva metrología basada en biomarcadores de deficiencia nutricional.
El Instituto de Investigación Lightbourn A.C. "LIGHTBOURN RESEARCH"
Biomarcadores Relacionados al RE
Por otro lado, la proteína IRE1 actúa como sensor que es altamente conservado en plantas, es una proteína transmembrana que tiene un dominio tipo kinasa y un dominio tipo ribonuleasa, este último dominio permite realizar el splicing del ARNm que codifican para diversos factores transcripcionales (HAC1, XBP1, AtbZIP60 y OsbZIP50) resultando en la activación de una señal que concluirá en la degradación de ARNm que codifican proteínas duran el período de estrés.
Biomarcadores Relacionados al RE
La participación del RE en la fisiología celular vegetal involucra varias vías de señalización. En arroz, las proteínas OsbZIP39 y OsbZIP60 actúan como reguladores transcripcionaels de ATF6, una proteína transmembrana que desencadena un tipo de respuesta que conduce a la proteolisis de algunas proteínas mal plegadas
Mientras que AtbZIP17 y AtbZIP28 tienen un mecanismo de acción similar al anterior en Arabidopsis.
Transcriptoma y Biomarcadores
En un estudio realizado en arroz por Wakasa et al (2014), en el cual se analizó su transcriptoma, el trabajo incluyó el análisis de 38,076 genes mediante "RNA-seq"
Después del análisis bioinformático se determino que un total de 374 estaban involucradas en la respuesta a estrés del RE
Retículo Endoplásmico
Enzimas
Que permiten degradar proteínas defectuosas
Chaperonas
Que permiten el correcto plegamiento de proteínas
Inducción
De genes que codifican para chaperonas y enzimas
A
B
C
Esto se logra a través de:
2 % transporte transmembrana
5% proteolisis
2% metabolismo lipídico
3% plegamiento de proteínas
4% regulador de transcripción
9% respuesta a
estrés oxidativo
7% metabolismo
de carbohidratos
20% a procesos de óxido-reducción
48% funciones diversas
De los 374 genes vinculados al retículo endoplásmico, esta es la distribución con base a su función
Transcriptoma y el Retículo Endoplásmico
Posibles Biomarcadores del Retículo Endoplásmico
Una chaperona del retículo endoplasmíco, denominada GRP94, regula el desarrollo del meristemo a través del correto plegamiento de las proteínas de la vía CLAVATA
Apróximadamente la tercera parte del total de las proteínas a la membrana sufren alguna modificación postraduccional en el retículo.
Esto se logra a través de la inducción de genes que codifican chaperonas y enzimas relacionadas con el plegamiento de proteínas. Si el estrés es demasiado severo en la célula el RE induce la muerte celular programada.
"La ciencia será siempre una búsqueda,
jamás un descubrimiento real. Es un viaje, nunca una llegada"
Karl Popper
Gracias
Receptores en Membrana Plasmática
Existen diferentes receptores de membrana que actúan como reguladores en la percepción de señales ambientales. Los receptores de tipo quinasas (RLK) son considerados como moléculas claves en la regulación del crecimiento y desarrollo de la planta bajo diferentes condiciones de estrés. La transcripción de los genes RLK es regulada y modulada en respuesta al estrés a nivel individual o en grupos de genes
Activación de quinasas
Salinidad
Estrés Osmótico
Sequía
Frío
Biomarcadores
Rol de la Membrana en Respuesta a Estrés
Activación
Osmosensores, enzimas, segundos mensajeros y proteínas kinasas
Síntesis
Múltiples factores de transcripción
Expresión de genes que codifican
Osmoprotectores, protínas fibrosas, transportadoers de iones y acuaporinas
Restauración de la homeostasis a través del establecimiento del sistema de resistencia adaptativa
Estrés Abiótico
Estrés Biótico
Generan disrupsión osmótica, con posibles alteraciones en membrana celular y sus proteínas, lo que desencadena:
Biomarcadores: Diagnóstico Fisiológico en Plantas
Dr. Luis Alberto Lightbourn Rojas, PhD
BIOTEKSA-LIGHTBOURN RESEARCH
Correo electrónico:
[email protected]
Biomarcadores y Fisiología de la Membrana Celular Vegetal
Inicio de la Señalización en Membrana Plasmática
Las señales externas usalamente son reconocidos por receptores en la membrana plasmática que son capaces de controlar procesos moleculares de la activación de la señalización intercelular coordinada durante las respuestas de crecimiento, desarrollo y estrés
Estas señales son recibidas inicialmente por las proteínas de membrana y se transmiten secuencialmente para activar elementos de señalización
Identificar y validar la expresión de biomarcardores candidatos de la deficiencia de nutrientes
1
Estandarizar una técnica de cuantificación múltiple y simultánea de los biomarcadores
2
Objetivos Específicos del Proyecto
Estimar las recomendaciones correctivas necesarias para maximizar los rendimientos de manera sustentable
5
Validar el efecto benéfico de la nutrición coloidal en la ecología microbiana y estructura del suelo
4
Demostrar la disminución del impacto ambiental de la nutrición coloidal
3
Estructura y Función de la Membrana Plasmática
Respuesta de las Plantas a Estímulos Externos
Dado que las plantas son sésiles, deben ser capaces de percibir su entorno natural y experimentar cambios en su fisiología en respuesta a esas señales ambientales, en este proceso la membrana plasmática es fundamental
Luz UV
Calor
Frío
Sequía
Salinidad
Disrrupción osmótica por efectaciones a la membrana plasmática
Activación de la señalización mediada por kinasas y segundos mensajeros
Síntesis de factores de transcripción
Activación de genes
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Tercer nivel
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26/08/2014
Nº
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Esto se logra a través de: la inducción de genes que codifican chaperonas y enzimas relacionadas con el plegamiento de proteínas. Si el estrés es demasiado severo en la célula el RE induce la muerte celular programada.
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El retículo endoplásmico (RE) es un organelo involucarado en la síntesis, plegamiento y ensamble de proteínas. Usualmente las condiciones que generan estrés en la planta, producen una ocumulación de proteínas plegadas incorrectamente, por lo que en el RE se activa el mecanismo que mantiene la homeostasis que permite mantener el balance entre la capacidad de plegamiento y la demanda de proteínas
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26/08/2014
Nº
La evidencia de estudios genético coduce a la hipótesis de los receptores CLV1 y CLV2 actúan en una vía común para regular la expresión de WUS. Sin embargo, los experimentos sobre interacción genética entre estos dos genes, sugieren que el complejo CRN CLV2 se une a CLV3 y regula a WUS en una vía independiente de CLV1
Se ha observado que mutaciones localizadas en la región 5"-UTR del gen CLV1 produce una disminución en la expresión del ARNm de CLV1.
Por otro lado mutantes de CLV y CRN producen mayor número de frutos pero no septos
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Debido al impacto negativo sobre el crecimiento y rendimiento, los complejos mecanismos implicados en la respuesta al estrés y la adaptación, tales como la expresión génica y las moléculas de señalización de estrés, han sido ampliamente estudiados con el objetivo de mejorar la tolerancia al estrés. Las plantas necesitan asignar energía para reprogramar las redes de señalización de estrés que inician las respuestas de adaptación a condiciones de estrés. Estímulos endógenos, tales como hormonas vegetales, coordinan y modulan el estado fisiológico de la planta. Las señales externas implicadas en la señalización célula-célula también son capaces de controlar procesos moleculares de la activación de la señalización intercelular coordinada durante las respuestas de crecimiento y desarrollo y el estrés. El papel central de la comunicación celular se ha identificado en la determinación del destino celular y el desarrollo de órganos. Moléculas de señalización implicadas en la comunicación célula-célula incluyen moléculas orgánicas pequeñas, péptidos pequeños, iones, y estímulos físicos. Estas señales se recibieron inicialmente por las proteínas del receptor y se transmiten secuencialmente para apuntar elementos de señalización.
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Red de señalización de RLK y HK in respuesta al estrés de plantas. Ambos receptores reconocen ligandos peptidícos o fitohormonas y desencadenan la cascada de señalización, que permite la adaptación a los cambios ambientales.
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26/08/2014
Nº
La membrana celular desempeña una función fundamental en la adqusición de agua y nutrientes, ya que la membrana plasmática no es sólo una membrana fluída sino que además contiene proteínas de transporte que permiten asegurar el desempeño eficente de sus funciones. El tráfico de moléculas a través de la membrana esta estrechamente regulada e implica el reconocimiento de señales de salida de los complejos de proteínas a través de diferentes mecanismos, como la exocitosis y la pinocitosis.
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26/08/2014
Nº
26/08/2014
Nº
Este innovador proyecto, requiere identificar biomarcadores que sean correlacionables con déficits o desbalances nutricionales como métodos de diagnósticos y así poder validar programas de nutrición coloidal estratégicos y tácticos para los cuatro cultivos (Tomate, chile, pepino y maíz) en cuatro Estados estratégicos (Sinaloa, Jalisco, Guanajuato y Chihuahua) definidos para el posicionamiento de largo plazo y de primera etapa de la empresa proponente a nivel nacional.
Esta estrategia además permite enfocar mayormente los recursos de mercadotecnia en posicionar la marca, programas y beneficios productivos y ambientales de la tecnología y no tanto en determinados productos que licúan mucho los recursos de mercadotecnia, limitando los retornos de las inversiones.
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