Cambios en el metaboloma de Piper bogotense Y Lupinus mutabilis en condiciones de invernadero

Abstract

Los ecosistemas andinos y altoandinos son parte fundamental de ciclos biogeoquímicos como el ciclo del agua y diferentes nutrientes como carbono, nitrógeno, fósforo entre otros. Estos ecosistemas se componen de una serie de escenarios (e.g., humedales) que almacenan una gran cantidad de elementos de la biodiversidad que ofrecen servicios ecosistémicos tales como abastecimiento a las comunidades próximas a estos ecosistemas, servicios de regulación, como el ciclo de los nutrientes en el suelo y captación de carbono y servicios culturales. En la diversidad vegetal encontrada en los ecosistemas andinos se pueden encontrar dos importantes géneros ampliamente distribuidos, género Piper y género Lupinus. Las plantas del género Piper se encuentran ampliamente distribuidas en las regiones tropicales y subtropicales del mundo, cuyos estudios se han orientado, entre otros, a conocer su diversidad química de forma profunda, reportando compuestos de alto interés farmacéutico, cosmético, gastronómico entre otros, entre los que se destacan algunos compuestos nitrogenados. Piper bogotense se encuentra distribuida en regiones andinas de Colombia y Ecuador; en la literatura se ha reportado la presencia de hojas de esta especie como parte de la hojarasca del lugar donde se encuentra distribuida, reportándose también que esta especie presenta facilidad en su descomposición, desempeñando de esta forma un rol importante en la circulación de nutrientes al medio ambiente. Del género Lupinus, tenemos a Lupinus mutabilis, distribuida ampliamente en los ecosistemas altoandinos. Las especies del género Lupinus poseen gran importancia en la fijación de nitrógeno atmosférico dado que en sus raíces se pueden encontrar nódulos habitados por diferentes especies bacterianas, principalmente de género Rhizobium, las cuales desempeñan su rol en el ecosistema como fijadoras de nitrógeno. Dado que se conoce poco sobre el efecto que podría ejercer el cambio en la disponibilidad de nutrientes en el metaboloma de estas plantas representativas de zonas andinas, el presente trabajo se enfocó a estudiar cómo las variaciones del nitrógeno disponible promueven cambios en su metabotipo. Para ello, se obtuvieron semillas de ambas especies y se germinaron en cámara húmeda para estimar el porcentaje de germinación con fines de caracterización de las semillas; al obtener las plántulas, se pasaron a invernadero y se sembraron en materas con un sustrato realizado a partir de arena de rio y tierra común en relación 1:2. Las plantas en su fase de invernadero fueron separadas por especie y por disolución nutritiva utilizada como tratamiento; se utilizaron para cada especie tres disoluciones nutritivas en las cuales solo se cambió la concentración total de nitrógeno y una disolución sin nutrientres (Agua) Sebastián Rincón Aceldas | Cambios en el metaboloma de P. bogotense y L. mutabilis Página 8 con el fin de determinar cómo cambiaba los perfiles metabólicos de ambas especies según la cantidad de nitrógeno inicial disponible en el sustrato. En primera instancia, se determinaron los subestados fenológicos de las plantas utilizando la escala BBCH y, según esta, se les asignó un código. Cuando las plantas se desarrollaron hasta llegar al subestado fenológico determinado, se colectaron las hojas, se sometieron a liofilización y, posteriormente, se sometieron a extracción en etanol mediante ciclos de ultrasonido. Las disoluciones obtenidas se perfilaron químicamente mediante HPLC-MS con una columna Premier C-18 (4,6 mm x 150 mm, 5 μm), utilizando un método de separación en gradiente de elución con una fase móvil compuesta por TFA 0.05% en agua y acetonitrilo. Los perfiles químicos obtenidos se sometieron un proceso de autoescalado y alineamiento para realizar el análisis estadístico multivariado en el programa SIMCA ® (v 13.3, Umetrics) con fines de construcción de modelos PCA y OPLS-DA y así establecer las diferencias en la composición química de los extractos asociadas al metabotipo. Con los espectros de masas obtenidos, se procedió a la identificación tentativa de los compuestos principales en cada extracto, con el fin de encontrar los posibles marcadores asociados a cada subestado y esquema de fertilización en cada especie. De lo anterior, se encontraron cambios en los perfiles metabólicos obtenidos por cada una de las categorías evaluadas, concluyendo de esta manera que en los subestados fenológicos evaluados para cada especie y, según el esquema de fertilización, es posible detectar cambios en el fenotipo metabólico mediante análisis multivariado, haciéndose evidente que a medida que ambas especies se van desarrollando, su metabolismo se va haciendo más diverso. Para Piper bogotense se determinaron cambios asociados a la producción de diferentes tipos de compuestos nitrogenados en los diferentes subestados fenológicos y, para Lupinus mutabilis, se determinó que en subestados iniciales, suele priorizarse la producción de alcaloides, mientras que en los subestados fenológicos más avanzados se produce mayor diversidad de metabolitos como isoflavonas.