Taller Nacional de Maiz Forrajero, 1er; Guanajuato (Mexico); 23 enero 2013

1. 1er Taller Nacional de Maíz Forrajero
“El tallo en maíz, además de un
soporte conductor, un reservorio
dinámico de carbohidratos ”
M. En C. Sheila Juárez Colunga
Lab. Metabolómica y Fisiología Molecular
Irapuato, Guanajuato a 23 enero 2013 Cinvestav
Unidad Irapuato
sjuarez@ira.cinvestav.mx

2. CONTENIDO
I. INTRODUCCIÓN
II. HIPÓTESIS
III. OBJETIVOS
IV. METODOLOGÍA
V. RESULTADOS
- Perfil azúcares HPLC-RID
- Etapas de desarrollo
- Remoción fuente-sumidero
- Estrés hídrico
VI. CONCLUSIONES GENERALES
Cinvestav
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3. INTRODUCCIÓN
Órganos principales:
Soporte y transporte de
Tallo metabolitos
Raíz Absorción de agua y
Hojas minerales
Producción de CHO
Flores / frutos
Almacenamiento de CHO
Clasificación en base a su disponibilidad para Los azúcares son transportados en sus formas
el metabolismo de la planta: NO reductoras
- Estructurales: Pectina, Celulosa,
Suc es NO reductor
Hemicelulosa
- No estructurales (CNE)
Principal azúcar transportado
• Solubles: Glc, Frc, Suc, Malt
en el floema
• Insolubles: Almidón
Cinvestav
Winter y col., 1992 Unidad Irapuato

4. INTRODUCCIÓN
Fuente / Source: órganos / tejidos
fotosintéticamente activos que producen HOJAS
carbohidratos y los aportan para otros
órganos y para sí mismos
Sumidero / Sink: órganos /tejidos que MAZORCA
demandan los carbohidratos que se
producen en otros órganos
* Modelo Fuente-Sumidero
Cinvestav
Chikov y Bakirova, 2004; Blanke, 2009 Unidad Irapuato

5. VI. CONCLUSIONES de tallos de maíz…
Relevancia del estudio
Importancia Maíz
La mayoría de estudios bioquímicos y moleculares se Tallo es el menos
han enfocado a órganos como las hojas y la mazorca
estudiado
¿Relevancia de los carbohidratos del tallo de maíz en mejoramiento
genético?
Uso de “traits” secundarios en ASI, número de granos, altura de la
mejoramiento genético ayuda a seleccionar planta, mazorcas por planta
mejor bajo condiciones de estrés Banziger y col, 2000
Monneveux y col., 2008
Caña de azúcar: 218 – 614mM CNE
Calidad nutricional de los forrajes
Welbaum y Meinzer,1990; Zhu y col., 1997 Aprovechar residuos
determinada por la cantidad de vegetativos
azúcares solubles y almidón
Paziani y col., 2009
Características deseables en los Recursos genéticos susceptibles para
mejoramiento 15% proyectos
cultivos para ser usados en la apoyados por
producción de biocombustibles Disponibilidad y equipo técnico para su SAGARPA, usan maíz
producción y cosecha
Ragauskas y col., 2006; White y col., 2011
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6. INTRODUCCIÓN
Referencia Especie Condición Efecto
Scofiel et al., 2009. Trigo Etapas de desarrollo, Cambios en contenido de CNE
Annals of Botany estrés por deficiencia alrededor de la floración.
de Nitrógeno Incremento en el contenido de
Azúcares solubles en bajo N
Zheng et al., 2009. Papa Sequía y Sombreado Los CNE almacenados en la base
Plant Production durante 17d del tallo contribuyen al
Science (ensanchamiento ensachamiento del tubérculo en
tubérculo) 37% y 54% al Peso seco por
ambos factores, respectivamente
Walton et al., 2010. Paeonia Poscosecha, Los tallos de Paeonia lactiflora
Postharvest Biology lactiflora condiciones de Pall. tienen suficientes reservas de
and Technology Pall. almacenamiento y CNE para brotar y florear después
através del tiempo de haber sido cortados,y
almacenados hasta por 8 semanas
a 0°C, y tener un tiempo de vida en
florero de 10d
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7. HIPÓTESIS
El tallo en maíz además de dar soporte a la planta y ser un
conducto de transporte de sacarosa, cumple una función
de almacenamiento de otros carbohidratos. Los cuales se
ven afectados por diferentes condiciones como la etapa de
desarrollo, remoción de órganos fuente y sumidero,
estrés por sequía, época de siembra y por el genotipo.
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8. OBJETIVOS
General
Determinar si hay una movilización dinámica de carbohidratos en tallos de
maíz bajo diferentes condiciones de crecimiento y manejo del cultivo.
Particulares
 Cuantificar glucosa, fructosa, sacarosa y almidón en tallos de maíz
bajo las siguientes condiciones:
I. Estados de desarrollo y fechas de siembra
II. Remoción del sumidero (mazorca) y de la fuente (hoja)
III. Riego normal y sequía
IV. Diferentes genotipos
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9. Cinvestav
CONTENIDO Unidad Irapuato
MATERIALES Y
MÉTODOS
Cinvestav
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10. Tres grandes experimentos
I. Etapas de Desarrollo
5 híbridos
Cambios
bioquímicos en II. Remoción Fuente - Sumidero
el tallo de maíz
dados por :
III. Estrés Hídrico
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11. Para familiarizarnos con los términos…
Hoja laminar
(Leaf blade)
Hoja Pelos (Silk)
Laminar
Lígula
Jilote (Ear)
Vaina Vaina (Leaf sheath)
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12. SECUENCIA en los muestreos
 Siembra  Se muele con un extractor
 Muestrea la planta a una edad especifica  Se pesa la cantidad de jugo
 Se registran parámetros agronómicos **  Se toman alícuotas 1mL de jugo
 Se eliminan la espiga y las láminas foliares  Se congelan y almacenan a -80°C hasta
 Se pesa el tallo (con vainas) realizar las mediciones bioquímicas
Irapuato
Cinvestav
Unidad

13. MÉTODOS
Perfil de CHOs solubles
3 lavados c/ C-
e nadane bo S
activado
t r
Cuantificación de CNE
Análisis estadístico
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14. Cinvestav
CONTENIDO Unidad Irapuato
RESULTADOS
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15. ¿Que CHO están presentes
en el tallo de maíz?
HPLC-RID
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16. PERFIL AZÚCARES: Jugo Tallo Maíz
Suc
Fru
Los azúcares principales del
tallo son: Suc, Glc y Frc .
Glu
WW - E147
Hay un cuarto azúcar.
Identidad desconocida.
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17. PERFIL AZÚCARES: Tallo Maíz
El tallo de maíz tiene
almidon!!!!
Principalmente en los nudos y en el
tallo floral
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18. Tres experimentos y sus factores…
I. Etapas de Desarrollo
5 híbridos 3-Asgrow and 2-Dow
Irapuato, Gto., Mx
II. Remoción Fuente - Sumidero
III. Estrés Hídrico
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19. MATERIAL BIOLÓGICO
1) Etapas de Desarrollo DICIVA, Universidad de Guanajuato
Muestreo 3 plantas x 2 fecha x 7 semana x 5 gen
Common
Hybrid Company Origin Grain color
Name
H1 Puma Asgrow HybAsgrow_Puma White
H2 Oso Asgrow HybAsgrow_Oso White
H3 Leopardo Asgrow HybAsgrow_Leopardo White
H4 Dow2A Dow HybDOW_2A120 Yellow
H5 Dow2B Dow HybDOW_2B150 Yellow
Age of plants sown Age of plants sown
Date of sampling
in May (DAS*) in June (DAS*)
nd
July 22 60 46
th
July 29 67 53
th
August 5 74 60
th
August 12 81 67
th
August 19 88 74
th
August 26 95 81
nd
September 2 102 88
*Days After Sowing
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20. ¿Qué factor tiene más influencia en los
parámetros bioquímicos?
Fenotipo GEN, DAS, SD
ANOVA
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21. ANOVA: Etapas de desarrollo
η2 caused η2 caused η2 caused η2 caused by η2 caused by η2 caused by
2
η caused by η2 Residual
Parameter (unexplained
by DAS by GEN by SD GEN x DAS GEN x SD DAS x SD DAS x GEN x
variance)
(Df=8) (Df=4) (Df=1) (Df=32) (Df=4) (Df=4) SD (Df=16) (Df=140)
Total fresh
28% *** 4% ** 8% *** 11% 4% ** 4% ** 7% * 35%
weight
Plant height 90% *** 4% *** 1% *** 2% *** 0% *** 0% 0% * 2%
Ears per
62% *** 2% ** 2% *** 8% ** 2% *** 4% *** 2% 17%
plant
Total ears
87% *** 2% *** 0% ** 2% * 1% ** 1% *** 1% 6%
weight
Stem weight 21% *** 5% *** 9% *** 15% ** 3% * 3% * 9% ** 35%
Stem juice
43% *** 5% *** 3% *** 10% ** 3% * 1% * 5% ** 31%
weight
Stem juice
71% *** 4% *** 0% *** 4% 1% 0% 1% 18%
percentage
Glucose 41% *** 6% *** 0% 9% ** 3% *** 9% *** 10% *** 21%
Fructose 36% *** 8% *** 2% *** 12% *** 3% *** 8% *** 8% *** 22%
Sucrose 78% *** 3% *** 1% *** 6% *** 0% 5% *** 1% * 6%
Starch 39% *** 4% *** 1% * 11% *** 3% *** 21% *** 6% *** 15%
Total amino-
32% *** 4% ** 6% *** 16% *** 0% 7% *** 5% 30%
acids
Significance codes: < 0.001 ‘***’ 0.01 ‘**’ 0.05 ‘*’
Cinvestav
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22. ¿Cómo se comportan los CHO durante el
desarrollo?
Boxplots
Cinvestav
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23. Etapas desarrollo: Carbohidratos evaluados
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24. Etapas de desarrollo
• Sacarosa incrementa a través del tiempo
• Hexosas presentan un pico transitorio alrededor de la floración
• Almidón disminuye = 50% de sus niveles iniciales
Hybrid 1
Suc Glu Fru Starch
250 2.5
Flowering Resultados sugieren:
Suc,Glu or Fru (mmol/L)
200 2.0
Starch (mmol Glu/L)
150 1.5 1) metabolismo activo en el tallo de maíz
100 1.0
2) Posible función de Almidón como
50 0.5 FUENTE de C usados a través de etapas
0 0.0
reproductivas en otros órganos o tejidos.
60d 67d 74d 81d 88d 96d 102d
DAS
Cinvestav
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25. Tres experimentos y sus factores…
I. Etapas de Desarrollo
5 híbridos 3-Asgrow and 2-Dow
Irapuato, Gto., Mx
II. Remoción Fuente - Sumidero
III. Estrés Hídrico
Cinvestav
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26. MATERIAL BIOLÓGICO
2) Remoción “Fuente-Sumidero”
Muestreo: 2) 5 plantas x 4 trat x 5 gen
1. Control Antes / control before (cortar día 0)
2. Control Después / control after (cortar día 4)
3. Sin Jilotes / without ears (cortar día 4)
4. Sin Hojas / without leaves (cortar día 4)
10 dda
dda= días
después de
la antesis Cinvestav
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27. ¿Que tanta influencia tiene el tratamiento
sobre los parámetros bioquímicos?
Fenotipo GEN, TRAT
ANOVA
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28. ANOVA: Remoción Fuente - Sumidero
η2 caused by η2 caused by η2 caused by η2 Residual
Parameter TREAT x GEN (unexplained
TREAT(Df=2) GEN (Df=4) variance) (Df=8)
(Df=8)
Total Fresh Weight 28% *** 5% 12% 55%
Plant Height 2% 43% *** 12% 43%
Total Ears Weight 71% *** 7% *** 5% * 16%
Stem Weight 1% 4% 11% 85%
Stem Juice Weight 4% 5% 10% 81%
Glucose 28% *** 9% ** 37% *** 26%
Fructose 30% *** 7% ** 43% *** 20%
Sucrose 55% *** 18% *** 4% 24%
Starch 40% *** 19% *** 15% *** 26%
Total Aminoacids 6% . 26% *** 8% 59%
Significance codes: < 0.001 ‘***’ 0.01 ‘**’ 0.05 ‘*’
Cinvestav
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29. ¿Cómo se comportan los CHO después del
tratamiento?
Gráficos por cada CHO comparando TRAT
Cinvestav
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30. Sink-Source: Cambios en Sacarosa y Almidón Height
Plant
control After w ithout Ears w ithout Leaves
Sucrose
300 Starch
a) SUCROSEcA wE wL b) STARCH
cA wE wL
150
4
mmol Glc / L
100
3
mmol/L
cm
250 2
50
1
0 0
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
Hybrid Hybrid
200
Suc disminuye por ambas remociones de
1 2 3 Almidón se acumuló en el tratamiento “wE”
4 5
órganos en todos los genotipos (SJ), mientras que en “wL”(SH) tendió a
Hybrid disminuir respecto al control
Cambios en todos los Resultados sugieren:
CHO evaluados: Glc, Frc, Metabolismo activo en el tallo de maíz cuando
Suc y Almidón se altera la relación fuente-sumidero.
Cinvestav
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31. Tres experimentos y sus factores…
I. Etapas de Desarrollo
5 híbridos
II. Remoción Fuente - Sumidero
14 genotypes
III. Estrés Hídrico Tlaltizapan, Mor, Mx
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32. MATERIAL BIOLÓGICO
Tlaltizapán, Morelos Edad de las plantas 90 DAS
Estrés hídrico moderado en prefloración Muestreo: 6 plantas x 2 trat x 14 gen
2 tratamientos: Riego Normal (WW) y Sequía (WS)
Entry Pedigree
8 DTPYC9-F143-5-4-1-2-B*5/CML312SR
20 DTPWC9-F24-2-3-1-1-B*5/CML312SR
26 CML323-BB/CML312SR
69 LaPostaSeqC7-F78-2-1-1-1-B*4/CML312SR
72 CML486-BB/CML312SR
87 CML311/MBRC3BcF95-2-2-1-B*7/CML312SR
89 LaPostaSeqC7-F96-1-2-1-3-B*4/CML312SR
[[KILIMAST94A]-30/MSV-03-1-10-B-1-BB-1xP84c1F27-4-1-6-B-5-B]F8-3-2-2-1xG16SeqC1F47-
104 2-1-2-1-B*5-xP84c1F26-2-2-6-B-3-B]-3-1-B/CML395]-1-1-BB/CML312SR
125 CML311xCML311/CML311xMBRC1BcF94-3-1-1-B*4-1-1-B*7/CML312SR
132 CLQ-RCWQ83=(CML146xCML150)-B-32-1-2-B-1-B*4/CML312SR
143 CL02450Q/CML451QLocalCheckQPM2
147 LaPostaSeqC7-F64-2-6-2-2-BB/CML495=Check2IntermediateMaturity
91 DTPYC9-F69-3-5-1-1-B*4/CML312SR
99 LaPostaSeqC7-F64-2-6-2-2-BB/CML312SR
Cinvestav
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33. ANOVA: Estrés Hídrico
η2 caused by η2 caused by η2 Residual
η2 caused by
Parameter WATER WATER REGIMEN (unexplained variance)
GEN (Df=13)
REGIMEN (Df=1) x GEN (Df=13) (Df=134)
Total Fresh Weight 44% *** 10% ** 3% 43%
Plant Height 0% 58% *** 6% 36%
Total Ears Weight 46% *** 4% 4% 46%
Ears per Plant 43% *** 7% * 14% *** 36%
Stem Juice Weight 33% *** 21% *** 4% 41%
Juice Stem Percentage 24% *** 17% *** 11% ** 48%
Glucose (mM) 56% *** 10% *** 6% * 29%
Fructose (mM) 45% *** 15% *** 6% 35%
Sucrose (mM) 2% * 43% *** 5% 50%
Starch (mM) 13% *** 22% *** 7% 58%
Total Amino-acids (mM) 63% *** 8% *** 4% 25%
Free Proline (mM) 82% *** 3% ** 3% ** 12%
Significance codes: < 0.001 ‘***’ 0.01 ‘**’ 0.05 ‘*’
Cinvestav
Unidad Irapuato

34. ¿Cómo afecta la sequía los parámetros
bioquímicos?
Gráficos de los CHO evaluados comparando los 2 tratamientos
Cinvestav
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35. Estrés hídrico: CHO evaluados
Cinvestav
Unidad Irapuato

36. El rendimiento de grano, ¿con qué
parámetros bioquímicos está
correlacionado?
ANÁLISIS DE CORRELACIÓN
Cinvestav
Unidad Irapuato

37. Análisis de correlación
Glc
Frc
Grain_W
W_200ker
Cinvestav
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38. VI. CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
1. El tallo de maíz no contiene sólo sacarosa, presenta almidón en los nudos
principalmente.
2. Los niveles de CNE no fueron constantes; éstos cambiaron de acuerdo a la etapa de
desarrollo, a las manipulaciones de remoción fuente-sumidero, así como al régimen
hídrico. Además hubo diferencias significativas entre genotipos.
3. Nuestros resultados indican que el tallo de maíz tiene un metabolismo activo, el cual
parece modular la proporción de hexosas/Suc así como los niveles de almidón.
4. Basados en estos y otros resultados, concluimos que los CNE en el tallo ni son estáticos
ni tampoco son una simple reflexión del transporte de sacarosa a través del floema.
5. Por lo tanto, sugerimos que en lugar de catalogar al tallo de maíz como un conducto
limitado a dar soporte a la planta y cumplir una función de transporte, éste debería ser
entendido como un reservorio dinámico de CHOs, el cual modula el suplemento de
azúcares hacia tejidos y órganos SUMIDERO.
Tallo maíz niveles CNE: 50-250mM c/u
Niveles de metabolitos (CNE): uso potencial como trait o marcadores bioquímicos
Cinvestav
Unidad Irapuato

39. CONTENIDO
AGRADECIMIENTOS

40. CONTENIDO
AGRADECIMIENTOS

41. http://masagro.mx