Estudio del modo de acción de los metabolitos secundarios trans-cinamaldehído y norharmano sobre el metabolismo vegetal

Abstract

El trans-cinamaldehído (TC) es un ácido fenólico producido de forma natural en plantas de la familia Lauraceae, de reconocida actividad fungicida, citotóxica y antimicrobiana (Fang et al., 2004; Neri et al., 2007). Ensayado sobre plántulas de Arabidopsis mostró un potente efecto inhibidor sobre el crecimiento radicular, con valores de IC50 e IC80 de 46 y 87 µM, respectivamente, mientras que la germinación fue completamente inhibida a 800 µM. Las raíces tratadas mostraron un mayor número de pelos radiculares, pérdida del dominio apical y una alta proliferación de raíces. Estas alteraciones fueron asociadas a un aumento en el contenido de auxinas y ácido benzoico, confirmado por espectrometría, que podría estar relacionado con una alta actividad de las enzimas oxidasa. Este aumento en la actividad oxidasa, generaría un aumento en el contenido de H2O2 y O2-, y que podría ser el responsable del daño en la función mitocondrial encontrada en células. El TC también fue ensayado sobre plantas adultas de A. thaliana mediante dos modos de empleo, pulverización y riego. Sin embargo, todos los parámetros ensayados mostraron cierta mejoría de las plantas tratadas, por lo que el efecto del TC podría estar relacionado con un fenómeno de hormesis a las concentraciones ensayadas. Por último, se estudió la especificidad del TC sobre diferentes especies de cultivos de interés y sus malas hierbas asociadas mediante ensayos de pre y posemergencia. El compuesto resultó ser eficaz frente a las 3 malas hierbas ensayadas Amaranthus retroflexus, Echinochloa crus-galli y Plantago lanceolata en los ensayos de posemergencia, pudiéndose emplear en campos de maíz, mientras que en los ensayos de preemergencia solo fue capaz de controlar la germinación de A. retroflexus. El norharmano (NOR) es un metabolito secundario perteneciente a los β-carbonil alcaloides (Volk, 2005). Actualmente se sabe que el norharmano aparece con frecuencia en plantas de las familias Gramineae, Sapotaceae y Zygophyllaceae, así como en algunos organismos marinos. Sobre plántulas de A. thaliana mostró un fuerte efecto inhibidor del crecimiento con valores de IC50 e IC80 de 62 µM y 153 µM, respectivamente. Las raíces mostraron síntomas de necrosis, torsión y aparición de raíces adventicias. Se comprobó que estas alteraciones estaban ocasionadas por una alteración en el transporte polar de auxinas debido a una mala localización de las proteínas transportadoras PIN2, PIN 3 y PIN7. Esta alteración provocó una alteración de los microtúbulos, que causó la torsión y una menor elongación de las raíces. En cuanto a sus efectos sobre el metabolismo de plantas adultas de A. thaliana, solo afectó a las plantas regadas con NOR, provocando una disminución del tamaño de las mismas y la aparición de zonas cloróticas y violáceas en las hojas. Las medidas de fluorescencia de clorofila a demostraron que el norharmano provoca un aumento en la energía disipada de forma no regulada como fluorescencia (ΦNO) y un descenso en los parámetros ETR, ΦII y Fv/Fm. Esto, junto con las diferentes medidas poscosecha realizadas, demuestran cómo este metabolito secundario provoca un estrés hídrico en las plantas tratadas, cuando es aplicado mediante riego, que ocasiona alteraciones en la fase bioquímica y fotoquímica de la fotosíntesis, las cuales acaban por provocar alteraciones del aparato fotosintético, lo que se tradujo en la reducción del crecimiento observada. En cuanto a los estudios de especificidad del NOR sobre cultivos y malas hierbas asociadas, el NOR es un potencial controlador de la germinación de Avena fatua y Plantago lanceolata en campos de trigo, además de ser capaz de controlar el crecimiento de malas hierbas en los sistemas agrícolas de Z. mays - E. crus-galli, Z. mays - P. oleracea y Z. mays - A. retroflexus, así como en los agroecosistemas O. sativa - E. crus-galli y O. sativa - P. oleracea. Además, tuvo un efecto estable a lo largo de su uso frente a Erigeron bonariensis, en pre y posemergencia.

O trans-cinamaldehído (TC) é un ácido fenólico producido de forma natural en plantas da familia Lauraceae, ten recoñecida actividade funxicida, citotóxica e antimicrobiana (Fang et al., 2004; Neri et al., 2007). Ensaiado sobre plántulas de A. thaliana mostrou un potente efecto inhibitorio sobre o crecemento radicular con valores de IC50 e IC80 de 46 e 87 µM, respectivamente, mentres ca xermolación foi completamente inhibida a 800 µM. As raíces tratadas mostraron un maior número de pelos radiculares, pérdida da dominancia apical e una elevada proliferación de raíces. Estas alteracións foron asociadas a un aumento no contido de auxinas e ácido benzoico, confirmado por espectrometría, que podería estar relacionado cunha alta actividade de enzimas oxidasa. Este aumento na actividade oxidasa xeraría o aumento no contido de H2O2 e O2-, e que podería selo responsable do dano na función mitocondrial atopada nas células. O TC tamén foi ensaiado sobre plantas adultas de A. thaliana mediante dous modos de aplicación, pulverización e rego. Sen embargo, todolos parámetros ensaiados mostraron certa melloría nas plantas tratadas, polo que o efecto do TC podería estar relacionado cun fenómeno de hormesis ás concentracions ensaiadas. Por último, estudouse a especificidade do TC sobre diferentes especies de cultivos de interese e as suas malas herbas asociadas mediante ensayos de pre e posemerxencia. O composto resultou eficaz frente as 3 malas herbas ensaiadas Amaranthus retroflexus, Echinochloa crus-galli e Plantago lanceolata nos ensayos de posemerxencia, puidensose empregar en campos de millo, mentras ca nos ensayos de preemerxencia só foi capz de controlar a xermolación de A. retroflexus. O norharmano (NOR) é un metabolito secundario pertencente aos β-carbonil alcaloides (Volk, 2005). Actualmente sábese co norharmano aparece con frecuencia en plantas das familias Gramineae, Sapotaceae y Zygophyllaceae e tamén nalgúns organismos mariños. Sobre plántulas de A. thaliana mostrou un forte efecto inhibitorio do crecemento con valores de IC50 e IC80 de 62 µM y 153 µM, respectivamente. A raíces mostraron síntomas de necrose, torsión e aparición de raíces adventicias. Comprobouse que estas alteracions estaban ocasionadas por una alteración no transporte polar de auxinas debido a unha mala localización das proteínas transportados PIN2, PIN3 e PIN7. Dita alteración provocou una alteración dos microtúbulos que causou torsión e una menor elongación das raíces. En canto aos seus efectos sobre o metabolismo de plantas adultas de A. thaliana, só afectou as plantas regadas co NOR, provocando una diminución do tamaño das mesmas e a aparición de zonas cloróticas e violáceas nas follas. As medidas de fluorescencia da clorofila a demostraron co NOR provoca un aumneto na enerxía disipada de maneira non regulada como fluorescencia (ΦNO) e un descenso nos parámetros ETR, ΦII y Fv/Fm. esto, xunto coas medidas pos colleita realizadas, demostran que este metabolito secundario provoca un estrés hídrico nas plantas tratadas, cando é aplicado mediante rego, que ocasiona alteración nas fases bioquímica e fotoquímica da fotosíntese, as cales provocan alteracións do aparato fotosintético o que ocasionou a reducción do crecemento observada. En canto aos estudos da especificidade do NOR sobre cultivos e malas herbas asociadas, este composto é un potencial controlador da xermolación de Avena fatua e Plantago lanceolata en campos de trigo, ademais de ser capaz de controlar o crecemento das malas herbas nos sistemas agrícolas de Z. mays - E. crus-galli, Z. mays - P. oleracea e Z. mays - A. retroflexus, así como nos agroecosistemas O. sativa - E. crus-galli e O. sativa - P. oleracea. Ademais, tivo un efecto estable ao longo do seu uso frente a Erigeron bonariensis, en pre e posemerxencia.

Trans-cinnamaldehyde (TC) is a phenolic acid naturally produced in plants of the Lauraceae family, and with a recognised fungicide, cytotoxic and antimicrobial activity (Fang et al., 2004; Neri et al., 2007). When tested on seedlings of Arabidopsis, it showed a powerful inhibitory effect on radicular growth, with values of IC50 and IC80 of 46 and 87 µM, respectively, while germination was completely inhibited at 800 µM. Treated roots showed a higher number of root hairs, loss of apical domain and a great proliferation of roots. These alterations were associated with an increase in the content of auxins and benzoic acid, confirmed via spectrometry, which could be related to a high activity of oxidase enzymes. This increase in oxidase activity would generate the increase in H2O2 and O2 content, and that could be responsible for the damage in mitochondrial function found in cells. TC was also tested on adult A. thaliana plants using two methods, spraying and watering. However, all tested parameters showed a certain improvement on treated plants, meaning that the effect of TC could be related with a hormesis phenomenon to tested concentrations. Finally, TC specificity was studied on different crop species of interest and its associated weeds, using pre- and postemergence tests. The compound was effective against the 3 tested weeds, Amaranthus retroflexus, Echinochloa crus-galli and Plantago lanceolata, in post-emergence tests, allowing for its use in corn fields, while in the pre-emergence tests it was only able to control germination of A. retroflexus. Norharmane (NOR) is a secondary metabolite belonging to β-carbonyl alkaloids (Volk, 2005). We currently know that norharmane frequently appears in plants of the Gramineae, Sapotaceae and Zygophyllaceae families, as well as in some marine organisms. It showed a strong inhibitory effect on growth of A. thaliana seedlings with values of IC50 and IC80 of 62 µM and 153 µM, respectively. Roots showed symptoms of necrosis, torsion and appearance of adventitious roots. These alterations were found to be caused by a change in auxin polar transport due to a poor localisation of transport proteins PIN2, PIN3 and PIN7. This change caused a variation of the microtubules, which in turned caused the torsion and a smaller elongation of roots. Regarding its effects on the metabolism of adult A. thaliana plants, it only affected plants that had been watered with NOR, causing a decrease in their size and the appearance of chlorotic and violet areas on their leaves. Measures of chlorophyll a fluorescence showed that norhamane causes an increase on energy dissipated in an unregulated way as fluorescence (ΦNO) and a decrease on the ETR, ΦII and Fv/Fm parameters. This, together with the various post-harvest measures obtained, prove how this secondary metabolite causes water stress on treated plants when it is applied through watering, which causes alterations on the biochemical and photochemical phases of photosynthesis. These, in turn, end up causing changes on the photosynthetic apparatus, which translated into observed growth reduction. Regarding studies on NOR specificity on crops and associated weeds, NOR is a potential controller of Avena fatua and Plantago lanceolata germination in wheat fields, as well as being able to control weed growth in agricultural systems of Z. mays – E. crus-galli, Z. mays – P. oleracea and Z. mays – A. retroflexus, and also in agroecosystems of O. sativa – E. crus-galli and O. sativa – P. oleracea. Moreover, it had a stable effect throughout its use against Erigeron bonariensis in pre- and post-emergence.