Los carotenoides son compuestos isoprenoides que en plantas participan durante la fotosíntesis como pigmentos accesorios, protegen contra el daño foto-oxidativo y son precursores del ácido abscísico. En mamíferos los carotenoides son la principal fuente para la síntesis de vitamina A, además de actuar como antioxidantes. Debido a esta vital importancia para plantas y humanos es que se ha enfocado el estudio en la ruta metabólica con el fin de aumentar la cantidad de carotenoides en los alimentos de consumo humano. Se ha descrito que, en la ruta de biosíntesis de carotenoides, la primera enzima de la ruta llamada fitoeno sintasa (PSY) es un punto clave y altamente regulado. En Daucus carota, nuestro modelo de estudio, se han descrito dos genes que codifican a PSY, DcPsy1 y DcPsy2. Estos genes se expresan diferencialmente en hojas y raíz durante el desarrollo de la planta, y además se ha determinado que la región promotora del gen DcPsy2 presenta elementos en cis regulados por luz, fitohormonas y estrés abiótico. Se ha evidenciado la funcionalidad de estos dos genes in vivo al sobreexpresarlos en Nicotiana tabacum, donde promueven un aumento de carotenoides. Sin embargo, no se ha determinado si en la propia D. carota, ambos genes realmente participan en la biosíntesis de carotenoides en hojas y/o raíz, ya que podrían estar cumpliendo una función órgano específica, como sucede en otras plantas. En este seminario de título, se transformaron explantes de D. carota con vectores que permiten la sobreexpresión del gen DcPsy1 y DcPsy2, con el fin de obtener plantas transgénicas que serán utilizadas en futuros análisis de expresión y acumulación de carotenoides. Se obtuvieron exitosamente 11 líneas transgénicas de plantas de D. carota transformadas con el vector que permite la sobreexpresión del gen DcPsy1 y 7 líneas transgénicas de plantas transformadas con el vector para la sobreexpresión del gen DcPsy2. Además, por medio de la expresión en hojas de tabaco de una proteína de fusión entre el producto del gen DcPsy1 y la proteína fluorescente YFP (PSY1:YFP), se determinó que la localización subcelular de la proteína PSY1 es en plastidio. De este modo se comprobó su correcta localización subcelular, lo que aporta un antecedente importante sobre su funcionalidad, dado que los carotenoides se producen en los plastidios de células vegetales. / Carotenoids are isoprenoid compounds that fulfill important functions in plants. They act as accessory pigments during photosynthesis, protect cells against photooxidative damage and are precursors of abscisic acid. In mammals, carotenoids are the main source for the synthesis of vitamin A and have very powerful antioxidant properties. Due to these characteristics, since several years the studies have focused on modifying the metabolic pathway in order to increase the amount of carotenoids in food for human consumption. It has been described that, phytoene synthase (PSY), the first enzyme in the pathway, is a key point of carotenoid synthesis regulation. In Daucus carota, our plant model, two genes coding for PSY have been described, DcPsy1 and DcPsy2. These genes are differentially expressed in leaves and root during plant development. Also, DcPsy2, and not DcPsy1, responds to ABA which correlates with the presence of cis elements that are regulated by light, phytohormones and abiotic stress that are present in the DcPsy2 promoter. The functionality of these two genes has been evidenced in vivo by heterologous expression in Nicotiana tabacum, where they promote an increase of carotenoids. However, it has not been determined in D. carota itself, if both genes actually participate in the biosynthesis of carotenoids in leaves and/or root, since they could be fulfilling different functions in the plant in a specific organ way, as has been reported for other plants. In this work, explants of D. carota were transformed with vectors for DcPsy1 and DcPsy2 overexpression, to obtain transgenic plants that will be used in future functional analysis. We successfully obtained 11 transgenic lines of D. carota plants transformed with the vector for DcPsy1 overexpression and 7 transgenic lines of plants transformed to overexpress DcPsy2 gene. In addition, we generated a construct for DcPsy1 subcellular localization. A fusion protein between the product of the DcPsy1 gene and the fluorescent protein YFP (PSY1:YFP), let us to conclude that DcPSY1 protein has a plastidial localization. This result provides arguments about its functionality because carotenogenic enzymes are located in plant plastids were carotenoids are produced.

Memoria para optar al título profesional de Ingeniero Agrónomo Mención Fitotecnia / La presente investigación se desarrolló con el objetivo de evaluar la selectividad de tres herbicidas, Linuron, Pendimethalin y Metribuzina, sobre dos cultivares de zanahoria (Daucus carota L. var. sativus). Se analizaron en forma independiente el cultivar de polinización abierta Chantenay RedCo y el cultivar híbrido Sugar Snax 54 (Nantes x Imperator), los cuales se consideraron como zanahoria estándar y miniatura, respectivamente. Durante la temporada 2010/2011, en el Campus Antumapu de la Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad de Chile, se evaluaron 5 tratamientos en cada cultivar. Se asperjaron Linuron y Pendimethalin en pre emergencia (en dosis de 1,5 y 3,5 L·ha-1 i.a. respectivamente), Linuron y Metribuzina en post emergencia del cultivo, en dosis de 1,5 L·ha-1 y 0,5 kg·ha-1 i.a. respectivamente, y un tratamiento testigo, el cual se mantuvo siempre limpio de malezas. Durante el desarrollo y previo a cosecha, se realizaron mediciones a la altura del follaje y porcentaje de mortalidad del cultivo y dominancia y densidad de las malezas. A cosecha se midieron los parámetros de peso fresco, longitud de raíz, diámetro de raíz, color, contenido de carotenoides y rendimiento comercial, para poder determinar la selectividad de los herbicidas. Por condiciones particulares del clima en la temporada en que se realizó el estudio, los ciclos de vida de ambos cultivares se vieron afectados, llegando a cosecharse en un tiempo más prolongado al esperado, viéndose alterados desde el momento de emergencia hasta la cosecha, incluyendo los momentos claves para la aplicación de los herbicidas post emergentes (1 y 5 hojas verdaderas). Finalmente se concluyó que todos los herbicidas utilizados fueron selectivos para ambos cultivares ya que no afectaron estadísticamente parámetros de calidad ni crecimiento, sin embargo, se recomienda la utilización de Linuron o Pendimethalin en las dosis señaladas, debido a que se obtuvo el mejor rendimiento comercial. / This research was conducted in order to evaluate the selectivity of three herbicides, Linuron, Pendimethalin and Metribuzin, on two cultivars of carrot (Daucus carota L. var. sativus). The OP cultivar Chantenay RedCo and the hybrid Sugar Snax 54 (Nantes x Imperator), which are considered as standard and miniature carrots respectively, were analyzed independently. During the 2010/2011 season, at the Antumapu Experimental Station of the University of Chile Agricultural Sciences Faculty, five treatments were evaluated in each cultivar. Linuron and Pendimethalin were sprayed at pre emergence (at a dose of 1.5 and 3.5 L·ha-1 respectively), Linuron and Metribuzin werte sprayed at post crop emergence, at doses of 1.5 L·ha-1 and 0.5 kg·ha-1 respectively, and a control treatment, which was kept clean of weeds. During the growing season and prior to the harvest, foliage hight and mortality rate were evlauated in each cultivar and dominance and density were evaluated to the weeds. At harvest parameters fresh weight, root length, root diameter, color, carotenoid content and comertial yield were measured in order to determine the selectivity of the herbicides. Due to weather conditions in the season of the study, the life cycles of both cultivars were affected, being harvested in a longer time than expected, getting altered from emergence to harvest, including the key moments for the application of the post emergence herbicides (1 and 5 true leaf). Finally it was concluded that the used herbicides were selective for both cultivars and didn’t affect statistically the parameters of quality and growth, however, Linuron and Pendimethalin are recommended at the mentioned dose, because it had the best comertial yield.

Memoria para optar al título de Bioquímico / Los carotenoides son compuestos isoprenoides sintetizados por todos los organismos fotosintéticos y algunos no fotosintéticos. En plantas cumplen variadas funciones al participar durante el proceso de fotosíntesis como pigmentos accesorios, como agentes protectores contra el estrés fotooxidativo y como precursores del ácido abscísico. Los animales son incapaces de sintetizarlos y deben ingerirlos mediante la dieta. En ellos cumplen un rol fundamental para la formación de vitamina A y como agentes antioxidantes. Debido a esto es que la manipulación del contenido de carotenoides de diversas especies vegetales, se presenta como una atractiva herramienta para mejorar la calidad de los cultivos y/o aumentar su valor nutricional. La zanahoria (Daucus carota) destaca como candidata para estos estudios, ya que acumula enormes cantidades de carotenoides en su raíz de reserva que se desarrolla en oscuridad, además de no requerir de condiciones muy estrictas para su cultivo. La biosíntesis del primer carotenoide (y precursor de todos los demás), el fitoeno, es catalizada por la enzima fitoeno sintasa (PSY). Este paso, se considera un punto clave dentro de la ruta de síntesis y está altamente regulado. En algunas plantas, se ha descrito como la expresión del gen PSY promueve un aumento en la acumulación de carotenoides totales en hojas y frutos. En Daucus carota se han descrito 2 genes parálogos de la enzima PSY, DcPSY1 y DcPSY2, asociados principalmente a la carotenogénesis de hojas y raíces respectivamente. También en otras especies vegetales se han descrito más de un gen PSY, atribuyéndoles propiedades órgano específicas en cuanto a su función y la regulación de su expresión. En este trabajo, se analizaron plantas de zanahoria transformadas con un vector binario para sobreexpresar uno de estos genes parálogos, el gen DcPSY1. Se observó que en plantas transgénicas de DcPSY1, los niveles de expresión del gen se correlacionan con un aumento en la acumulación de carotenoides totales en hojas y raíces de reserva. A pesar de esto, se observaron diferentes patrones en la composición de carotenoides específicos en estos dos órganos. Las hojas de plantas transgénicas que presentaron mayor acumulación de luteína y β-caroteno no mostraron una variación en los niveles de clorofilas, ni una correlación directa con la expresión de otros genes carotenogénicos. En cambio, las raíces que vieron aumentados sus niveles de α y β-caroteno, presentaron un notorio incremento en la expresión de los genes carotenogénicos DcPSY2, DcLCYB1, DcLCYB2, DcLCYE y DcNCED1. Por último, los ensayos de resistencia a estrés abiótico no mostraron una mayor tolerancia a daños generados por elevadas concentraciones de sal en las líneas transgénicas. Estos resultados sugieren un rol diferencial para el gen DcPSY1 respecto al tejido fotosintético rico en cloroplastos y las raíces, donde priman los cromoplastos, lo que ayudaría a comprender mejor la función de este gen en zanahorias / Carotenoids are isoprenoid compounds synthesized by all photosynthetic and some non photosynthetic organisms. In plants, they fulfill a wide variety of functions by participating as accessory pigments during the photosynthetic process, protecting against photooxidative stress and as abscisic acid precursor. Animals are incapable of synthesizing them so they have to be incorporated through the diet, where they have a fundamental role in vitamin A formation and as antioxidant agents. These are some of the reasons why the carotenoid content manipulation of a variety of vegetal species presents as an attractive tool for the improvement of crop quality and increasing their nutritional value. Carrot stands out as a good candidate for these studies because its particular capability of accumulating huge amounts of carotenoids in its reservoir root, which is developed in darkness, and due to not requiring too demanding conditions for its cultivation. The biosynthesis of the first carotenoid (and precursor of the rest of them), phytoene, is catalyzed by the enzyme phytoene synthase (PSY). This step is considered as a key point in the synthetic pathway and is highly regulated. In some plants, it has been described how PSY gene expression promotes an increase in total carotenoid accumulation in fruits and leaves. In Daucus carota 2 paralogous genes of PSY enzyme have been described, DcPSY1 and DcPSY2, mainly associated with carotenogenesis in leaves and roots respectively. More than one PSY gene has been described for other vegetal species too, conferring organ specific properties to their function and their expression regulation. In this study, carrot plants transformed to overexpress one of these paralogous genes, DcPSY1, will be analyzed. DcPSY1 gene expression levels correlate with an increase in total carotenoid accumulation in leaves and roots of transgenic plants. Nevertheless, different patterns in specific carotenoid composition were observed, which are altered between these organs. Leaves, that exhibited higher accumulation of lutein and β-carotene, didn’t show any difference in their chlorophyll levels, nor a direct correlation with the expression of other carotenogenic genes. However, roots that had an increase in α and β-carotene levels showed an evident increase in the expression of their genes DcPSY2, DcLCYB1, DcLCYB2, DcLCYE y DcNCED1. Finally, abiotic stress resistance essays showed no increase in tolerance to damage generated by elevated salt concentrations in transgenic plants. These results suggest a differential role for DcPSY1 gene in regards to photosynthetic tissue and roots, which helps to better understand the function of this gene in carrots

Memoria de Título para optar al título profesional de: Ingeniera Agrónoma / Tesis no disponible en línea / Se realizó un estudio de herbicidas en lechuga cv. ‘Flamenco’ en la Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad de Chile en la temporada 2010 – 2011 y para ello se establecieron cinco tratamientos para evaluar la persistencia de los herbicidas Linuron, Pendimethalin y Metribuzina para el trasplante de lechuga, los cuales fueron aplicados en el cultivo de zanahoria que le antecede en la rotación. Los tratamientos se montaron con un diseño en bloques completos al azar, donde se consideró un testigo sin aplicación y dos fechas distintas de aplicación para el caso de Linuron, quedando conformados de la siguiente forma: Sin aplicación (T1), Linuron 163 días antes del trasplante (T2), Metribuzina (T3), Pendimethalin (T4) y Linuron 107 días antes del trasplante (T5). Las variables evaluadas fueron establecimiento, fitotoxicidad visual, altura de cosecha, precocidad y rendimiento del cultivo. Al establecimiento, sólo el tratamiento de suelo con Metribuzina (T3) obtuvo diferencias estadísticas significativas en relación al testigo (8 % de reducción). La fitotoxicidad se mantuvo a lo largo del desarrollo del cultivo para los tratamientos con Metribuzina (T3) y Linuron (T5), tratamientos que provocaron necrosis de tejido foliar y pérdida continúa de hojas, con disminución de rendimiento, de éstos dos Metribuzina fue el que causó mayor daño al cultivo, por lo cual se sugiere no utilizarlo, cuando el cultivo siguiente en la rotación es lechuga cv. ‘Flamenco’, tipo hoja de roble morado. / A herbicide research in lettuce cv. ‘Flamenco’ was done in the College of Agricutural Sciences of the Universidad de Chile at the 2010-2011 season. Five-treatments were established to evaluate Linuron, Pendimethalin and Metribuzin persistence for a lettuce transplant. Al the herbicides were aplicated to a carrot crop that preceded in the crop rotation. The treatments were set up with a randomized complete block design. A control treatment without application and two different dates of application in the case of Linuron, in the following way: Control without application (T1), Linuron 163 day before planting (T2), Metribuzin (T3), Pendimethalin (T4) and Linuron 107 day before planting (T5). The evaluated variables were establishment, visual phytotoxicity, height at harvest, precocity and crop yield. At establishment, only the soil treatment with Metribuzin was significantly lower than the control (8 % less). The phytotoxicity was maintained throughout the crop in the Metribuzin and Linuron (T5) treatments, which resulted with leaf tissue necrosis and continue loosing leaves, showing reduced yield. Metribuzin caused the highest crop injury, therefore it is not recommended when the following crop in the rotation is red-oak leaf lettuce.