Open Access
New insights in the regulation of the shikimate pathway after quinate as plyphosate enhancer in Amaranthus palmeri
(2020) Zulet González, Ainhoa; Royuela Hernando, Mercedes; Zabalza Aznárez, Ana; Ciencias; Zientziak; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua
El glifosato es el herbicida más empleado a nivel mundial. Su mecanismo de acción es la inhibición de la enzima 5‐enolpiruvilsiquimato‐3‐fosfato sintasa (EPSPS), enzima clave dentro de la ruta de biosíntesis de los amino ácidos aromáticos, también conocida como la ruta del siquimato. Uno de los procesos fisiológicos descritos tras la aplicación de este herbicida es la acumulación de quinato, un metabolito secundario, formado a partir de una ramificación lateral de la ruta del siquimato. Tras detectar efectos fisiológicos por la aplicación de quinato exógeno de forma aislada, se planteó la posibilidad de utilización de este compuesto como potenciador del glifosato para reducir las dosis de herbicida en el control de la mala hierba Amaranthus palmeri. En esta especie se han desarrollado poblaciones resistentes a glifosato, entre las cuales se encuentra el mecanismo de resistencia de sobreexpresión del gen EPSPS, lo que lleva a una sobreexpresión del enzima diana del herbicida. El principal objetivo de esta tesis fue el de profundizar en las alteraciones de la ruta del siquimato por el herbicida glifosato y el uso del quinato como potenciador de este herbicida en el control de plantas de A. palmeri sensibles y resistentes a glifosato (por amplificación génica). En este trabajo se determinó que la aplicación de quinato un día después del glifosato (tratamiento combinado) convertía en letal una dosis sub‐letal de herbicida en la población sensible. Estos resultados abren la posibilidad de aplicar ambos compuestos para mejorar la eficacia del herbicida y de reducir las dosis a aplicar en el control de poblaciones sensibles. La mayor toxicidad del tratamiento combinado estuvo relacionada con la exacerbación en los marcadores fisiológicos previamente descritos para este herbicida (acumulación del contenido de siquimato y de aminoácidos libres). Se estudió el comportamiento de la ruta del siquimato tras el tratamiento combinado a nivel metabolómico y transcriptómico, tratando de encontrar respuesta al incremento de eficacia observado en el tratamiento combinado. Los resultados obtenidos parecen indicar que el incremento de la toxicidad del tratamiento combinado estaría relacionado con cambios a nivel metabólico, debido en concreto a un incremento en el contenido de los derivados del quinato, y no debido a cambios de niveles de transcripción. Se realizó un perfil metabólico no dirigido para comparar el perfil metabólico de ambas poblaciones tratadas con glifosato y para determinar si otros cambios en el perfil metabólico podrían estar contribuyendo al incremento en la toxicidad del tratamiento combinado. Entre todos los compuestos del metabolismo primario y secundario evaluados, los derivados del quinato fueron los únicos compuestos que se acumularon en este tratamiento de manera diferencial, evidenciando su papel en el incremento de la toxicidad de este tratamiento. Por último, se evaluó el papel de los amino ácidos aromáticos y de algunos intermediarios metabólicos (siquimato, quinato, corismato y antranilato) en la regulación de la ruta del siquimato mediante incubación de discos de hojas con ellos. Se observó que los aminoácidos aromáticos, al ser aplicados en combinación con el herbicida, neutralizaron los efectos del glifosato a nivel transcipcional pero no la acumulación del siquimato. Ninguno de los intermediarios metabólicos evaluados mimetizó completamente el efecto del glifosato en la ruta del siquimato. Sin embargo, el siquimato fue el metabolito que indujo una sobreexpresión de la mayoría de los genes de la ruta del siquimato, de una manera similar al herbicida. Estos resultados sugieren que la inducción en la transcripción observada tras el tratamiento con glifosato podría estar mediada, al menos en parte, por la acumulación de siquimato. Resumiendo, esta tesis aporta nuevos aspectos en la regulación de la ruta del siquimato tras la aplicación de glifosato, y aborda el efecto del tratamiento combinado del herbicida con quinato a nivel práctico y fisiológico, tratando de encontrar las causas de ese incremento en la toxicidad.

Zulet González, Ainhoa

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