La microscopía óptica avanzada (epifluorescencia, confocal) se basa en el uso de la fluorescencia, esta técnica no invasiva es útil para obtener imágenes de alta resolución y reconstrucciones tridimensionales. Es una herramienta muy útil ya que facilita la exploración de los patrones de distribución de las células, colonias u organismos dentro de una comunidad, aporta información sobre la respuesta fisiológica de los organismos a un determinado ambiente y también ayuda para reconocer los pigmentos naturales (clorofilas, ficobilinas, etc.).
Palabras clave: autofluorescencia, microscopía óptica avanzada, pigmentos vegetales
Dentro de la botánica existen diversos grupos como las cianobacterias, algas y las plantas que son seres vivos muy complejos; cuentan con una fábrica (cloroplasto ó lamelas tilacodales) que les permite producir su propio alimento mediante la fotosíntesis. El cloroplasto es un orgánulo organizado por una doble membrana que guarda en su interior finas fibras llamadas tilacoides que se apilan y forman granas, donde se localizan los pigmentos fotosintéticos (clorofilas y pigmentos accesorios). Para el caso de cianobacterias que son organismos procariontes no existe un cloroplasto, sin embargo, tienen tilacoides dispersos en el citoplasma donde se almacenan tanto la clorofila a como otros pigmentos (ficobilinas).
La mayoría de las cianobacterias, algas y plantas generalmente son de un color azul-verdoso o verde intenso debido a la presencia de la clorofila a, pero hay casos donde este color puede ser enmascarado por la presencia de otros pigmentos (otras clorofilas, ficobilinas, carotenos, entre otros). Todos estos pigmentos tienen la capacidad de emitir luz cuando son expuestos a radiación, esta condición se define como autofluorescencia.
Para observar la autofluorescencia, las técnicas de microscopia de fluorescencia y/o confocal son herramientas que desde su inicio en los años 50's revolucionaron la forma de estudiar a los sistemas biológicos, y el reino vegetal no fue la excepción. Estas técnicas de microscopía se basan empleando el uso de la fluorescencia para diversos estudios que son poco frecuentes en otras formas de obtención de imágenes; son rápidas, sencillas y no destructivas. Pueden ser muchas las aplicaciones del uso de la microscopía de fluorescencia y/o confocal en estudios del reino vegetal, a continuación, algunos ejemplos.
La piel de los frutos (cutícula)
La cutícula es la capa externa de un fruto, cuya función es similar a la piel, protege y aísla del exterior al fruto (evita la pérdida de humedad, además de servir como barrera contra patógenos). La microscopía óptica avanzada tiene un papel fundamental, ya que por medio de diferentes técnicas permite detectar posibles afectaciones o enfermedades [1]. El estudio de la cutícula genera conocimiento para el tratamiento que se le dará al fruto una vez que ha sido cosechado.
Para este caso, el empleo de un microscopio de fluorescencia se usa en la visualización directa de tejidos cercanos a la corteza mediante la tinción del tejido, por otro lado, también se puede detectar alteraciones celulares y/o aumento de grasas (lípidos) resaltados con colorantes específicos y posteriormente realizar un análisis de imagen acorde a los resultados. A continuación, se muestra el corte histológico de la cutícula de un aguacate donde destaca la autofluorescencia de los cloroplastos y el marcaje específico para la detectar lípidos (Fig.1).
Localización de hongos fitopatógenos
Muchos hongos han sido clasificados como uno de los principales causantes de enfermedades en especies vegetales [2]; poco más de 8, 000 especies de hongos pueden ocasionar daños, provocando pérdidas de especies biológicas y agroalimentarias de impacto económico [3]. A este tipo de hongos se les conoce como fitopatógenos; los cuales emplean distintas estrategias de vida para proliferar, colonizar y como consecuencia causar enfermedad.
Los hongos considerados fitopatógenos pueden provocar graves daños debido a sus diversos metabolitos, los cuales tienen la capacidad de secretar enzimas y fitotoxinas que aumentan su virulencia resultando altamente tóxicas y en algunas ocasiones son letales para su huésped [3,4]. La vía de acceso de estos patógenos a su huesped se da por varias rutas ya sea por la raíz o a través de los estomas de las hojas. Con la microscopía confocal se puede observar el proceso de la infección (entrada del hongo por los estomas) para esto se usa un colorante (marcador) para resaltar la pared del hongo y la autofluorescencia de los cloroplastos de las hojas (Fig.2).
Productividad de cultivos
Existen diversas causas ambientales que pueden afectar a muchos cultivos de importancia comercial como el café, tomate, calabaza, frijol, cebolla, entre otros. La luz, humedad y temperaturas extremas son algunos tipos de estrés abióticos que pueden causar efectos adversos en el crecimiento y productividad en estos cultivos. Debido a que las plantas requieren de energía solar (luz) para llevar a cabo la fotosíntesis, cuando esta no es de buena calidad o es excesiva para la planta, estás lo manifiestan modificando la cantidad de los diferentes pigmentos durante las diferentes etapas de su desarrollo [5].
Con la microscopía confocal es posible estimar la eficiencia de cultivos, al obtener datos cualitativos sobre la cantidad de los pigmentos (clorofila a) y posibles alteraciones en el aspecto y estructura de la planta ocasionado por la baja o alta exposición solar (Fig.3).
Los colores de las cianobacterias
Las cianobacterias son los primeros seres vivos que habitaron nuestro planeta. Son organismos procariontes fotosintéticos que carecen de cloroplastos; sin embargo, esto no es una limitante para que puedan producir su propio alimento. Estos organismos tienen finas fibras (tilacoidales) dispersas en el citoplasma donde se localizan sus pigmentos (clorofila a y ficobiliproteínas).
Con la microscopía confocal espectral es posible determinar y cuantificar la presencia de distintos pigmentos como clorofilas (a, b) y otros pigmentos accesorios (xantofilas, ficobilinas, etc.). Esta técnica suministra información sobre la identidad de varios pigmentos. La medición de la autofluorescencia de la clorofila puede ser un mecanismo de valoración para estimar la tolerancia del ambiente donde habiten. Al usar un marcaje específico es fácil ubicar la presencia de sustancias poliméricas extracelulares que pueden secretar [6,7]. (Fig.4).
Conclusión
La utilización de estas herramientas en Biología Celular permite, gracias a su facilidad de uso, diseñar experimentos destinados a ampliar el conocimiento de la fisiología de los organismos fotosintéticos, analizando la autofluorescencia específica emitida por su aparato fotosintético en distintas condiciones ambientales. Se puede detectar alteraciones celulares, observar el proceso y el nivel de una infección de patógenos, e incluso evaluar los niveles de estrés abióticos en relación con la productividad.
Referencias
Agradecimientos
Los autores agradecen a Alhelí González y Daniel F. García por su valiosa ayuda en el procesamiento de imágenes. Al Dr. Alfonso Méndez por el uso de imagen (Fig.2). Y finalmente al Proyecto FORDECyT “Generación de estrategias científico-tecnológicas con un enfoque multidisciplinario e interinstitucional para afrontar la amenaza que representan los complejos ambrosiales en los sectores agrícola y forestal de México” y a su responsable técnico Dra. Diana Sánchez-Rangel (Cátedra CONACyT).
Pie de figuras
Fig.1. Sección transversal de la cutícula de un aguacate (Persea americana). En rojo brillante la autofluorescencia de los cloroplastos (C); rojo medio (tinción de lípidos (L) y en verde epidermis (E).
Fig.2. Envés de una hoja de aguacate (Persea americana). Hifas invadiendo los estomas (Es) para llegar al interior del tejido. El color rojo es la autofluorescencia de los cloroplastos (C); en azul las hifas del hongo (H).
Fig.3. Corte transversal de una hoja de café (Coffea arabica). El color rojo indica la autofluorescencia de los cloroplastos (C); en cian el parénquima (P).
Fig.4. Filamentos de cianobacteria. El color rojo indica la clorofila a (Ca) en las céiulas del tricoma; en azul las ficobiliproteínas (Fb); el rosa indica la presencia de clorofila a y ficobiliproteínas en la misma concentración. El verde resalta la presencia de la vaina del filamento, se hace uso de un marcaje para azúcares (V).
El hongo del maguey (Pleurotus agaves): alimento que se produce entre pencas de agave
Alejandra Valdez-Betanzos1, Rosalva Mora-Escobedo1 y Gerardo Mata2
El hongo del maguey (Pleurotus agaves) es una [ ... ]
Leer más...Explorando el lado oscuro de la química: Las 10 moléculas más tóxicas de la historia
Marco Fernando Valtierra Galván, Israel Bonilla Landa, José Luis Olivares Romero
Red de Estudios Moleculares [ ... ]
Leer más...El tlacomiztli o medio gato
Alberto González Romero
Red de Biología y Conservación de Vertebrados
El presente trabajo habla sobre uno de los mamíferos más comunes y menos conocidos de México, [ ... ]
Leer más...Inteligencia Artificial en nuestra vida cotidiana
Tushar Janardan Pawar, Karla Irazu Ventura-Hernandez, Jose Luis Olivares-Romero*
La inteligencia artificial ya está transformando nuestra vida cotidiana, [ ... ]
Leer más...El beneficio de los datos abiertos de biodiversidad
Sergio A. Cabrera Cruz
USPAE
Los datos abiertos en plataformas digitales permiten complementar listados de especies.
Leer más...Importancia del monitoreo de la fauna en Reservas de la Biosfera: el caso de La Michilía, Durango
Sonia Gallina
Red de Biología y Conservación de Vertebrados
Llevar a cabo un monitoreo de la fauna, [ ... ]
Leer más...Dípteros parásitos de vertebrados
Sergio Ibáñez-Bernal y María Teresa Suárez-Landa
Red Ambiente y Sustentabilidad
El parasitismo es una relación alimentaria entre dos especies diferentes, en [ ... ]
Leer más...Los sistemas acuáticos y las cianobacterias
Gabriela Vázquez1 y Mario E. Favila2
La eutrofización de los sistemas acuáticos como los lagos, favorece el crecimiento excesivo de las algas como las [ ... ]
Leer más...Hormesis en frutos: una técnica utilizada para alargar la vida postcosecha
Esaú Bojórquez-Velázquez, Mirna V. Bautista-Valle, José M. Elizalde-Contreras, Eliel Ruiz-May
El término Hormesis proviene [ ... ]
Leer más...La fuente de la juventud oculta en las mitocondrias
Andrea Farias Escalera
Se dice que lo único seguro es la muerte y para llegar a ella, atravesaremos diferentes etapas de envejecimiento que ya sea [ ... ]
Leer más...Conservando y restaurando funciones: la utilidad de las redes ecológicas
Cecilia Díaz-Castelazo, Edwin R. Ariza-Marín y Betsabé Ruiz Guerra
Red de Interacciones Multitróficas
Cuando pensamos en [ ... ]
Leer más...Lagunas en las dunas de la Ciudad de Veracruz
Debora Lithgow1, Juan José Von Thaden2, Gilberto Sven Binnquist Cervantes2
Las dunas de la Ciudad de Veracruz tienen cuerpos de agua, lagunas interdunarias, [ ... ]
Leer más...Colisión de aves con ventanas: un problema creciente y medidas de prevención
Fernando González García
Red Biología y Conservación de Vertebrados
Por si fuera poco, y aunado a la destrucción [ ... ]
Leer más...Hoja de piedra o Raíz de piedra
José de Jesús Pale Pale* e Israel Acosta Rosado**
Las plantasdel géneroAnthurium pertenecen a la familia Araceae,llamadas comúnmente anturios, han sido útiles para [ ... ]
Leer más...Brazo fuerte: el caballero de chaleco elegante
Sugey de Jesús Dector Cobos, Alberto González Romero y Sergio Albino Miranda
Red de Biología y Conservación de Vertebrados
El estudio del medio [ ... ]
Leer más...De pequeños brincos a grandes saltos ¿Larvitas de moscas en fuga?
Andrea Birke
Red de Manejo Biorracional de Plagas y Vectores
Los insectos son el grupo más biodiverso del planeta con cerca de 3.5 [ ... ]
Leer más...Galería virtual de los paisajes de Veracruz
Elio Lagunes-Díaz, Griselda Benítez Badillo, Miguel Equihua Zamora, Luz Sánchez Landero
Se presenta una galería de realidad virtual de los ecosistemas [ ... ]
Leer más...Insectos en mar abierto
Daniel Reynoso-Velasco y Rodolfo Novelo-Gutiérrez
Red de Biodiversidad y Sistemática
A pesar de que los insectos son el grupo más exitoso del planeta y están presentes en [ ... ]
Leer más...De bobos, actinos, islas y tesoros ocultos
Noemi Matías1, Teresa González2, Juan E. Martínez1, Oscar Téllez2 y Salvador Rodríguez2
Isla Clarión, en el Archipiélago de Revillagigedo, alberga [ ... ]
Leer más...Caballitos del diablo joya: los Calopterygidae
José Antonio Gómez Anaya y Rodolfo Novelo Gutiérrez
Red de Biodiversidad y Sistemática
Los caballitos del diablo joya, miembros de la familia Calopterygidae, [ ... ]
Leer más...Superhéroes ocultos en las plantas
Yely Gabriela Rodríguez Mina1, Frédérique Reverchon2, José Antonio Guerrero Analco3
Los hongos que viven al interior de las plantas pueden ocasionar, de manera [ ... ]
Leer más...Tillandsia ionantha, una especie mexicana, no brasileña
Juan José Ancona, Juan Pablo Pinzón, Patricia Hernández-Ledesma, Samuel Cruz-Esteban
Tillandsia ionantha fue descrita hace 169 años; desde [ ... ]
Leer más...Búhos en la ciudad: aliados imprescindibles para la sociedad
Miguel San Martín y Rafael Villegas Patraca
USPAE
Aunque no lo parezca, los búhos cumplen un papel importante en el control de plagas [ ... ]
Leer más...¡Hay que florecer donde fuimos plantados!
Karina M. Grajales Tam
Camino rumbo a la escuela, con la cabeza agachada, buscando monedas, billetes o algún tesoro perdido, pero solo encuentro restos de [ ... ]
Leer más...Desparasita a tu perro y cuida tú salud
Karla L. Tapia-Fierro y Andrés M. López
Red de Biología y Conservación de Vertebrados
Desparasita a tu perro continuamente para cuidar su salud y la de [ ... ]
Leer más...Dengue ¿cómo y quién lo transmite? métodos alternativos de control
Mireysi Torres Carrera, Luis Arturo Ibarra Juárez y Nicolaza Pariona Mendoza
Red de Estudios Moleculares Avanzados
El Dengue [ ... ]
Leer más...Contando y midiendo las costas
M. Luisa Martínez
Red de Ecología Funcional
Las costas representan una estrecha franja en el mundo y en México, pero son el hogar del 40% de la población mundial, [ ... ]
Leer más...Beneficios de los hongos del suelo en la producción agrícola:
Hongos solubilizadores de fósforo y micorrícicos arbusculares
Rosa María Arias Mota y Gabriela Heredia Abarca
El estudio de la agricultura [ ... ]
Leer más...Bacterias benéficas frente a la contaminación por metales pesados
Jaqueline de Jesús Jiménez Jiménez y Randy Ortiz Castro
Red de Estudios Moleculares Avanzados
La contaminación por metales pesados [ ... ]
Leer más...Papas agroecológicas, una solución a la contaminación
Gloria Carrión, Damaris Desgarennes y J. Francisco Castillo Esparza
Red de Biodiversidad y Sistemática
El uso de productos biológicos para [ ... ]
Leer más...Carbono en humedales urbanos de montaña
María Elizabeth Hernández Alarcón y María Leticia Monge González
Red de Manejo Biotecnológico de Recursos
El cambio climático es causado por las emisiones [ ... ]
Leer más...En la cuerda floja: el cableado eléctrico y la fauna silvestre
Ana Luisa Gómez Sánchez1, Juan José Barrios Gutiérrez1, Carlos Daniel Pinacho Pinacho2, Sonia Gallina-Tessaro3, Andrés M. López-Pérez3
Actualmente [ ... ]
Leer más...Mensajes invisibles: la comunicación química de los insectos
Patricia Romero Arellano y Viridiana Vega Badillo
Los semioquímicos son un conjunto de sustancias químicas que transmiten información [ ... ]
Leer más...¿Quién fue el naturalista oficial del H.M.S. Beagle?
Alejandro Espinosa de los Monteros
Biología Evolutiva
Para conmemorar los 215 años del natalicio de Darwin, recuento una serie de sucesos que [ ... ]
Leer más...Xicotli data: acciones de ciencia abierta en pro de los polinizadores nativos
Equipo “Xicotli data”*
La crisis de la polinización no sólo se debe a los efectos negativos que tienen las acciones [ ... ]
Leer más...Cuando la luna se come al sol
José G. García-Franco
Red Ecología Funcional
Los eclipses han maravillado al hombre desde la antigüedad. Eran considerados presagios de calamidades. Actualmente los [ ... ]
Leer más...Sismicidad en México
Alexandro Medina Chena, Laura Alejandra Barradas Sánchez y Rafael Villegas Patraca
USPAE
Desde el centro de la Tierra hasta su superficie, hay una distancia promedio de 6371 [ ... ]
Leer más...Helecho espada, invasor del Trópico Americano
Salvador Gonzalez de León, Claudio Mota Vargas, Cristian Pinzón y Oscar Briones
Un helecho asiático se ha dispersado por América en especial en los [ ... ]
Leer más...Genes de resistencia a los antibióticos
Antonio Acini Vásquez-Aguilar
Red de biología evolutiva
La resistencia a los antibióticos es un problema salud pública global y es resultado del uso inadecuado [ ... ]
Leer más...Agua embotellada ¿qué tan pura es?
Fabiola López Barrera, Robert Manson y Jorge Córdova Nieto
¿Qué hay en una botella de plástico con agua? Estudios recientes muestran que contienen micro y [ ... ]
Leer más...