El tallo en maiz, ademas de un soporte conductor, un reservorio dinamico de carbohidratos"

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

1. “El tallo en maíz, además de un
soporte conductor, un reservorio
dinámico de carbohidratos ” 
Irapuato, Guanajuato a 23 enero 2013
[email protected]
Lab. Metabolómica y Fisiología Molecular
Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato
M. En C. Sheila Juárez Colunga
1er Taller Nacional de Maíz Forrajero

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
UnidadIrapuatoIrapuato

3. INTRODUCCIÓN
Órganos principales:
Tallo
Raíz
Hojas
Flores / frutos
Soporte y transporte de
metabolitos
Producción de CHO
Absorción de agua y
minerales
Almacenamiento de CHO
Clasificación en base a su disponibilidad para
el metabolismo de la planta:
- Estructurales: Pectina, Celulosa,
Hemicelulosa
- No estructurales (CNE)
• Solubles: Glc, Frc, Suc, Malt
• Insolubles: Almidón
Los azúcares son transportados en sus formas
NO reductoras
Suc es NO reductor
Principal azúcar transportado
en el floema
Winter y col., 1992
Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato

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

5. VI. CONCLUSIONES
Relevancia del estudio de tallos de maíz…
Características deseables en los
cultivos para ser usados en la
producción de biocombustibles
Recursos genéticos susceptibles para
mejoramiento
Disponibilidad y equipo técnico para su
producción y cosecha
Ragauskas y col., 2006;White y col., 2011
Calidad nutricional de los forrajes
determinada por la cantidad de
azúcares solubles y almidón
Caña de azúcar: 218 – 614mM CNE
Welbaum y Meinzer,1990; Zhu y col., 1997
Uso de “traits” secundarios en
mejoramiento genético ayuda a seleccionar
mejor bajo condiciones de estrés
ASI, número de granos, altura de la
planta, mazorcas por planta
Banziger y col, 2000
Paziani y col., 2009
15% proyectos
apoyados por
SAGARPA, usan maíz
Monneveux y col., 2008
Aprovechar residuos
vegetativos
Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato
Importancia Maíz
La mayoría de estudios bioquímicos y moleculares se
han enfocado a órganos como las hojas y la mazorca
Tallo es el menos
estudiado
¿Relevancia de los carbohidratos del tallo de maíz en mejoramiento
genético?

6. INTRODUCCIÓN
Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato
Referencia Especie Condición Efecto
Scofiel et al., 2009.
Annals of Botany
TrigoEtapas de desarrollo,
estrés por deficiencia
de Nitrógeno
Cambios en contenido de CNE
alrededor de la floración.
Incremento en el contenido de
Azúcares solubles en bajo N
Zheng et al., 2009.
Plant Production
Science
Papa Sequía y Sombreado
durante 17d
(ensanchamiento
tubérculo)
Los CNE almacenados en la base
del tallo contribuyen al
ensachamiento del tubérculo en
37% y 54% al Peso seco por
ambos factores, respectivamente
Walton et al., 2010.
Postharvest Biology
and Technology
Paeonia
lactiflora
Pall.
Poscosecha,
condiciones de
almacenamiento y
através del tiempo
Los tallos de Paeonia lactiflora
Pall. tienen suficientes reservas de
CNE para brotar y florear después
de haber sido cortados,y
almacenados hasta por 8 semanas
a 0°C, y tener un tiempo de vida en
florero de 10d

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.
Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato

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
Cinvestav
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9. CONTENIDO
MATERIALES Y 
MÉTODOS
Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato
Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato

10. Tres grandes experimentos
Cambios
bioquímicos en
el tallo de maíz
dados por :
I. Etapas de Desarrollo
III. Estrés Hídrico
II. Remoción Fuente - Sumidero
5 híbridos
Cinvestav
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11. Para familiarizarnos con los términos…
Hoja laminar
(Leaf blade)
Vaina (Leaf sheath)
Pelos (Silk)
Jilote (Ear)
Vaina
Lígula
Hoja
Laminar
Cinvestav
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12. C
i
n
v
e
s
t
a
v
U
n
id
a
d
I
r
a
p
u
a
t
o
I
r
a
p
u
a
t
o
SECUENCIA en los muestreos
 Siembra
 Muestrea la planta a una edad especifica
 Se registran parámetros agronómicos **
 Se eliminan la espiga y las láminas foliares
 Se pesa el tallo (con vainas)
 Se muele con un extractor
 Se pesa la cantidad de jugo
 Se toman alícuotas 1mL de jugo
 Se congelan y almacenan a -80°C hasta
realizar las mediciones bioquímicas

13. MÉTODOS
3 lavados c/ C-
activado
S
o
b
r
e
n
a
d
a
n
t
e
Perfil de CHOs solubles
Cuantificación de CNE
Análisis estadístico
Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato

14. CONTENIDO
RESULTADOS
Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato
Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato

15. ¿Que CHO están presentes
en el tallo de maíz?
HPLC-RID
Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato

16. PERFIL AZÚCARES: Jugo Tallo Maíz
WW - E147
Glu
Fru
Suc
Los azúcares principales del
tallo son: Suc, Glc y Frc .
Hay un cuarto azúcar.
Identidad desconocida.
Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato

17. El tallo de maíz tiene
almidon!!!!
Principalmente en los nudos y en el
tallo floral
Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato
PERFIL AZÚCARES: Tallo Maíz

18. Tres experimentos y sus factores…
I. Etapas de Desarrollo
III. Estrés Hídrico
II. Remoción Fuente - Sumidero
5 híbridos
3-Asgrow and 2-Dow
Irapuato, Gto., Mx
Cinvestav
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19. Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato
MATERIAL BIOLÓGICO
Hybrid
Common
Name
Company Origin Grain color
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

Date of sampling
Age of plants sown
in May (DAS*)
Age of plants sown
in June (DAS*)
July 22
nd
60 46
July 29
th
67 53
August 5
th
74 60
August 12
th
81 67
August 19
th
88 74
August 26
th
95 81
September 2
nd
102 88
*Days After Sowing

DICIVA, Universidad de Guanajuato
Muestreo
1) Etapas de Desarrollo
3 plantas x 2 fecha x 7 semana x 5 gen

20. ¿Qué factor tiene más influencia en los
parámetros bioquímicos?
Fenotipo
ANOVA
Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato
GEN, DAS, SD

21. ANOVA: Etapas de desarrollo
Parameter
h
2
caused
by DAS
(Df=8)
h
2
caused
by GEN
(Df=4)
h
2
caused
by SD
(Df=1)
h
2
caused by
GEN x DAS
(Df=32)
h
2
caused by
GEN x SD
(Df=4)
h
2
caused by
DAS x SD
(Df=4)
h
2
caused by
DAS x GEN x
SD (Df=16)
h
2
Residual
(unexplained
variance)
(Df=140)
Total fresh
weight
28% *** 4% ** 8% *** 11% 4% ** 4% ** 7% * 35%
Plant height 90% *** 4% *** 1% *** 2% *** 0% *** 0% 0% * 2%
Ears per
plant
62% *** 2% ** 2% *** 8% ** 2% *** 4% *** 2% 17%
Total ears
weight
87% *** 2% *** 0% ** 2% * 1% ** 1% *** 1% 6%
Stem weight 21% *** 5% *** 9% *** 15% ** 3% * 3% * 9% ** 35%
Stem juice
weight
43% *** 5% *** 3% *** 10% ** 3% * 1% * 5% ** 31%
Stem juice
percentage
71% *** 4% *** 0% *** 4% 1% 0% 1% 18%
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-
acids
32% *** 4% ** 6% *** 16% *** 0% 7% *** 5% 30%
Significance codes: < 0.001 ‘***’ 0.01 ‘**’ 0.05 ‘*’

Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato

22. ¿Cómo se comportan los CHO durante el
desarrollo?
Boxplots
Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato

23. Etapas desarrollo: Carbohidratos evaluados

Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato

24. Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato
• Sacarosa incrementa a través del tiempo
• Hexosas presentan un pico transitorio alrededor de la floración
• Almidón disminuye = 50% de sus niveles iniciales
Etapas de desarrollo
Hybrid 1
0
50
100
150
200
250
60d67d74d81d88d96d102d
DAS
S
u
c
,
G
lu

o
r

F
r
u

(
m
m
o
l/
L
)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
S
t
a
r
c
h

(
m
m
o
l
G
lu
/
L
)
Suc Glu Fru Starch
Flowering Resultados sugieren:
1) metabolismo activo en el tallo de maíz
2) Posible función de Almidón como
FUENTE de C usados a través de etapas
reproductivas en otros órganos o tejidos.

25. Tres experimentos y sus factores…
I. Etapas de Desarrollo
III. Estrés Hídrico
II. Remoción Fuente - Sumidero
5 híbridos
3-Asgrow and 2-Dow
Irapuato, Gto., Mx
Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato

26. Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato
MATERIAL BIOLÓGICO
Muestreo:
2) Remoción “Fuente-Sumidero”
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

27. ¿Que tanta influencia tiene el tratamiento
sobre los parámetros bioquímicos?
ANOVA
Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato
Fenotipo GEN, TRAT

28. ANOVA: Remoción Fuente - Sumidero
Parameter
h
2
caused by
TREAT(Df=2)
h
2
caused by
GEN (Df=4)
h
2
caused by
TREAT x GEN
(Df=8)
h
2
Residual
(unexplained
variance) (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
UnidadIrapuatoIrapuato

29. ¿Cómo se comportan los CHO después del
tratamiento?
Gráficos por cada CHO comparando TRAT
Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato

30. Sink-Source: Cambios en Sacarosa y Almidón
Suc disminuye por ambas remociones de
órganos en todos los genotipos
Almidón se acumuló en el tratamiento “wE”
(SJ), mientras que en “wL”(SH) tendió a
disminuir respecto al control
Sucrose
0
50
100
150
1 2 3 4 5
Hybrid
m
m
o
l/
L
cA w E w L
Starch
0
1
2
3
4
1 2 3 4 5
Hybrid
m
m
o
l
G
lc

/

L
cA w E w L
a) b)
SUCROSE STARCH
Plant Height
200
250
300
1 2 3 4 5
Hybrid
c
m
control After without Ears without Leaves
Cambios en todos los
CHO evaluados: Glc, Frc,
Suc y Almidón
Resultados sugieren:
Metabolismo activo en el tallo de maíz cuando
se altera la relación fuente-sumidero.
Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato

31. Tres experimentos y sus factores…
I. Etapas de Desarrollo
III. Estrés Hídrico
II. Remoción Fuente - Sumidero
5 híbridos
14 genotypes
Tlaltizapan, Mor, Mx
Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato

32. 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
104
[[KILIMAST94A]-30/MSV-03-1-10-B-1-BB-1xP84c1F27-4-1-6-B-5-B]F8-3-2-2-1xG16SeqC1F47-
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

MATERIAL BIOLÓGICO
Tlaltizapán, Morelos
Estrés hídrico moderado en prefloración
Edad de las plantas 90 DAS
Muestreo: 6 plantas x 2 trat x 14 gen
Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato
2 tratamientos: Riego Normal (WW) y Sequía (WS)

33. ANOVA: Estrés Hídrico
Parameter
h
2
caused by
WATER
REGIMEN (Df=1)
h
2
caused by
GEN (Df=13)
h
2
caused by
WATER REGIMEN
x GEN (Df=13)
h
2
Residual
(unexplained variance)
(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
UnidadIrapuatoIrapuato

34. ¿Cómo afecta la sequía los parámetros
bioquímicos?
Gráficos de los CHO evaluados comparando los 2 tratamientos
Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato

35. Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato
Estrés hídrico: CHO evaluados

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

37. Análisis de correlación
Grain_W
W_200ker
Glc
Frc
Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato

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.
Cinvestav
UnidadIrapuatoIrapuato
Tallo maíz niveles CNE: 50-250mM c/u
Niveles de metabolitos (CNE): uso potencial como trait o marcadores bioquímicos

39. CONTENIDO
AGRADECIMIENTOS

40. CONTENIDO
AGRADECIMIENTOS

41. http://masagro.mx