FITOCROMOS Y FOTOMORFOGÉNESIS I

PorEl Doctor

FITOCROMOS Y FOTOMORFOGÉNESIS I

Las plantas como todos sabemos necesitan de la luz para crecer y realizar su actividad metabólica. Hoy en día con la influencia de la iluminación LED en los cultivos y las ventajas que nos aporta el uso de estos sistemas, podemos realizar investigaciones directamente sobre las plantas y cómo a estas les afectan los diferentes cambios en la composición de la luz. Para poder entender lo que sucede en la planta y reconocer los efectos debemos entender primero la biología celular de las mismas, por eso en este post vamos a explicar desde un punto de vista fisiológico qué son los fitocromos y qué es la fotomorfogénesis, así en un próximo post podremos hablar sobre las diferentes formas que tenemos de usar la luz y los efectos que esperamos.

FOTOMORFOGÉNESIS

Es el proceso mediante el cual las plantas son capaces de captar la luz del medio externo para generar cambios fisiológicos en las mismas que afectan directamente al crecimiento, desarrollo y diferenciación vegetal.

Los fotorreceptores son los encargados de captar las señales luminosas y a su vez proporcionan a la planta información sobre la cantidad, calidad, dirección y fotoperiodicidad de la luz captada. Gracias a ello se generarán una serie de respuestas fotomorfogénicas como la germinación de semillas, desetiolación, fototropismo, adaptación de la capacidad fotosintética a la intensidad lumínica, floración…

Las plantas poseen diferentes tipos de fotorreceptores:

  1. Receptores de luz UV-B (280-320 nm)
  2. Criptocromos encargados de recibir luz UV-A (320-390 nm) y luz azul (400-500 nm)
  3. Clorofilas que reciben luz azul y roja
  4. Fitocromos encargados de recibir luz roja y roja lejana (600-800 nm)
  5. Carotenoides que reciben luz verde y amarilla (400-600 nm)

 

CARACTERÍSTICAS DEL FITOCROMO

Es un fotorreceptor constituido por una única molécula que es capaza de adquirir dos formas diferentes. Pr absorbe la luz roja (600-700 nm) y Pfr absorbe luz roja lejana(700-800 nm). Cuando la forma Pr absorbe un fotón de luz roja, se fotocombierte a la forma Pfr. La forma Pfr es biológicamente activa y es la responsable de desencadenar las respuestas fotomorfogénicas.

“Para entender un poco más adelante algunos comportamientos importantes de esta molécula es de vital importancia comentaros que el cromóforo de Pr se encuentra en forma de isómero cis y el cromóforo de Pfr en forma de isómero trans”

La configuración cis es más estable metabólicamente, pero es inactiva desde un punto de vista biológico. La configuración trans si es activa biológicamente.

FOTOCONVERSIÓN DEL FITOCROMO

En el citosol se localiza la forma inactiva Pr. Cuando absorbe un fotón de luz roja (600-700 nm) el cromóforo comienza a sufrir una serie de cambios que provocan su fotoconversión a la forma activa Pfr.

Esto produce una translocación de la forma activa del fitocromo (Pfr) desde el citosol al interior del núcleo celular. El Pfr nuclear se une a factores de transcripción y traducción de los genes que median los procesos fotomorfogénicos de respuesta fisiológica.

Existe un estado de fotoequilibrio que se corresponde con una amplia región del espectro electromagnético de la luz donde las formas Pr y Pfr se solapan, esta región se comprende entre los 600 y 700 nm.

Si irradiamos con una determinada longitud de onda como por ejemplo 600 nm, se producirán a la vez dos fotoconversiones, y si el tiempo de irradiación es suficiente, se alcanzará el fotoequilibrio.

El fotoequilibrio (Φ) es una medida de la concentración de fitocromo activo Pfr existente frente al fitocromo total Pt. Una determinada respuesta fotomorfogénica estará determinada por la relación Pfr/Pt.

 

METABOLISMO DEL FITOCROMO

La cantidad de fitocromo activo Pfr viene determinada por cuatro procesos:

  • Síntesis de fitocromo
  • Fotoconversiones
  • Degradación del fitocromo activo Pfr
  • Proceso de reversión oscura

El fitocromo es sintetizado a nivel del citosol bajo Pr y en condiciones de oscuridad. Esta biosíntesis está autorregulada para solamente formarse una cantidad determinada de esta molécula, por lo que existe un nivel crítico de fitocromo activo Pfr en la célula. Si la cantidad de Pfr es menor a dicho nivel se induce la biosíntesis del fitocromo en su forma inactiva Pr y si es mayor se inhibe. De esta manera el fitocromo se sintetiza en su forma inactiva Pr que pasará a acumularse en el citoplasma hasta alcanzar un determinado valor crítico.

Cuando la célula es irradiada con fotones de luz roja, el fitocromo Pr los absorbe y es capaz de fotoconvertirse en Pfr hasta que se alcanza un valor de fotoequilibrio del 80%. Cuando se alcanza dicho valor se inhibe la formación de más fitocromo Pr. Una vez que las condiciones de oscuridad vuelven a retomar el control, la forma activa del fitocromo Pfr comienza a degradarse. Una vez degradado todo el Pfr, comenzará de nuevo todo el proceso biosintético.

En cuanto a la degradación de las formas Pr o Pfr se produce en condiciones tanto de luz como de oscuridad. Esto conlleva que no desaparezca completamente el fitocromo como tal sino que se transforma en un compuesto similar P´r y P´fr. La velocidad a la que se degradan estas moléculas es proporcional a la cantidad de fitocromos existente, temperatura ambiental y el oxígeno disponible, cuanto mayores sean estos valores más rápido acelerará el proceso de la reacción.

Como hemos comentado anteriormente existe una reversión oscura la cual es un mecanismo que lleva a cabo una transformación de la forma activa del fitocromo (Pfr) a la forma inactiva (Pr) independiente de la fotoconversión, por lo que se lleva a cabo en condiciones de oscuridad y no necesita de un suministro de energía. Este proceso de conversión ve afectada su velocidad de proceso por la temperatura, el Ph y la presencia de sustancias reductoras.

 

RESPUESTAS INDUCIDAS POR FITOCROMOS

Los fitocromos son los encargados de regular una gran cantidad de respuestas fotomorfogénicas. Estas respuestas se pueden clasificar en tres grupos: de baja fluencia fotónica (LFR), de muy baja fluencia fotónica (VLFR) y respuestas de alta irradicancia (HIR).

La irradiancia es la intensidad lumínica que recibe una determinada planta, y viene dada por:

Irradiancia = µmoles de fotones / m2 · s

La fluencia es la irradiancia recibida por unidad de superficie:

Fluencia = µmoles de fotones / m2

RESPUESTAS DE BAJA FLUENCIA (LFR)

Son aquellas producidas cuando la energía total por unidad de superficie es baja (1 – 1000 µmoles de fotones / m2) debido a que la irradiación ocurre en un período de tiempo pequeño.

Presentan reversibilidad dependiendo del tiempo existente entre una primera irradiación con luz roja y una segunda irradiación con luz roja lejana, o lo que es lo mismo, según la duración del período de oscuridad entre ambos tratamientos luminosos. Si pasa demasiado tiempo entre cada fase de irradiación el efecto que de normal tendría esta última irradiación sería inútil y el proceso no se puede revertir.

La magnitud de la respuesta va a depender del fotoequilibrio entre la cantidad de fitocromo activo Pfr y en función del fitocromo total Pt. El pico máximo de absorción en LFR es de 660 nm y el pico máximo para la reversión de la respuesta es de 730 nm.

Dependiendo del tiempo que pasa entre la irradiación y la respuesta, existen dos tipos de respuestas de baja fluencia fotónica:

  • Lentas, si el tiempo es menor de 5 minutos. En el caso de la floración y la germinación.
  • Rápidas, si el tiempo es mayor de 5 minutos. Para el caso de los cambios de potencial de membrana.

RESPUESTAS DE MUY BAJA FLUENCIA FOTÓNICA (VLFR)

Son aquellas producidas cuando la energía total por unidad de superficie es mínima (0.0001 – 0.05 µmoles de fotones / m2). No cumplen la ley de reversibilidad, ya que al recibir tan poca energía no hay suficiente cantidad de fitocromo activo Pfr formado por la fotoconversión del inactivo Pr al recibir los fotones de luz roja como para que vuelva a transformarse Pr.

Algunas de las respuestas mediadas por VLFR son:

  • Actúan en la fase germinación.
  • Actúan en el movimiento de las hojas.

RESPUESTAS DE ALTA IRRADIANCIA (HIR)

Estas respuestas requieren una irradiación continua, durante un período de tiempo largo con luz de alta irradiancia, bien sea luz azul o roja lejana.

Estas respuestas no cumplen ni la ley de reciprocidad ni la ley de reversibilidad. El pico máximo de respuesta se produce a 720 nm, mientras que para otras respuestas el pico máximo está en 660 nm. También podemos diferenciar respuestas positivas y negativas. Generalmente, altos niveles de fitocromo activo Pfr activan las respuestas positivas y altos niveles de fitocromo inactivo Pr activan las respuestas negativas.

Algunas respuestas mediadas por HID son:

  • Inhibición del crecimiento del hipocótilo.
  • Germinación.
  • Inducción floración.
  • Abertura estomática.

 

Con esto damos por concluida la introducción al fascinante mundo de los fitocromos. Seguramente mucha gente tenga dudas con respecto a lo comentado anteriormente, pero si de verdad queremos comprender y entender el cannabis para conseguir nuestras mejores cosechas tenemos que invertir tiempo en aprender todo lo relativo a este ser vivo. En breves subiremos la segunda parte de esta serie de post.

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Dr.Green • Biologist and activist • Tester • Helping people with cannabis • We share the knowledge to be green and healthy •

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