Síntesis de derivados del ácido 1-indanona-4-carboxilico y evaluación de su aplicación en variedades de fríjol sobre la acumulación de fitoalexinas isoflonoide, fitotoxicidad y actividad antifúngica de sus extractos.

Resumen

Estimular los mecanismos naturales de defensa de las plantas, como las fitoalexinas, mediante la aplicación de elicitores, ofrece nuevas alternativas para el control de enfermedades en cultivos de importancia para el país. En el presente trabajo se sintetizaron derivados del ácido 1-indanona-4-carboxílico (un compuesto relacionado estructuralmente con la coronatina, un potente elicitor bacteriano), como potenciales elicitores. Estructuralmente, los derivados presentan variaciones del grupo carboxilo (en posición 4) del sistema indanoilo, resultantes del acoplamiento con aminoácidos (glicina metil éster, L-valina metil éster, L-Leucina metil éster y L-isoleucina metil éster), y la formación de amidas y ésteres. Asimismo, se realizaron reacciones sobre la posición 1 (carbono carbonílico) de reducción y obtención de iminas. Adicionalmente, se efectuaron reacciones de condensación aldólica sobre la posición 2 (carbono α a carbonilo) para la obtención de derivados 2-bencilideno. Además, se realizaron reacciones de sustitución electrofílica aromática para la obtención de derivados 6-sustituidos del ácido 1-indanona-4-carboxílico. Estos elicitores potenciales fueron evaluados sobre tejidos de plántulas de dos variedades colombianas de frijol (ICA Cerinza y Uribe Rosado), analizando el efecto de la concentración y estructura del elicitor, y el tiempo post-inducción, en la concentración de las fitoalexinas. Se encontró que las fitoalexinas mayoritarias en la variedad Uribe Rosado, luego del proceso de inducción con el compuesto 1-oxo-indanoil-L-Isoleucina metil éster, corresponden a los isoflavonoides genisteina, coumestrol y phaseollina con valores máximos de 39.11, 11.09, y 21.96 µg/g p.f. respectivamente, y un tiempo pos-inducción de 72 h. Estas concentraciones de fitoalexinas fueron comparables a las obtenidas por tratamiento de las plántulas de fríjol con el potente elicitor comercial metil jasmonato. Además, se evaluó el efecto de la concentración del 1-oxo-indanoil-L-Isoleucina metil éster en la acumulación de fitoalexinas a 96 h post-inducción, obteniéndose una correlación directa entre la concentración del elicitor y la acumulación de las fitoalexinas. En el caso del metil jasmonato, la producción de fitoalexinas cayó bruscamente para concentraciones superiores a 2.2 mM, observándose un efecto fitotóxico en las raíces de la plántula; lo anterior también se detectó con el elicitor 1-oxo-indanoil-L-Isoleucina metil éster, pero en menor proporción. Un estudio más detallado de la fitotoxicidad del elicitor 1-oxo-indanoil-L-isoleucina metil éster en plántulas de frijol de la variedad Uribe Rosado, no reveló diferencias significativas con respecto a las plántulas tratadas con agua, en cuanto a la producción de clorofilas, longitud de las raíces, tamaño de las hojas y la plántula. No obstante, la aplicación del elicitor sobre semillas y en caja Petri mostró una reducción en el número y tamaño de las raíces secundarias. Este efecto no se observó cuando la evaluación se realizó sobre semillas sembradas en arena cuarzo. Finalmente, se evaluó la actividad antifúngica contra C. lindemuthianum (agente causal de la antracnosis) de los extractos proveniente de las plántulas de las variedades Cerinza y Uribe Rosado tratadas con dicho elicitor. Los resultados no revelaron diferencias significativas entre los extractos de plántulas tratadas con agua y aquellas tratadas con el elicitor, bajo las condiciones evaluadas. Los resultados demuestran que es posible modular la producción de fitoalexinas en fríjol mediante la aplicación de derivados del ácido 1-indanona-4-carboxílico. El tratamiento con los elicitores permitiría incrementar los niveles de defensas químicas contra los patógenos del fríjol, y sustituir parcialmente algunos de los fungicidas sintéticos empleados en el cultivo. El compuesto 1-oxo-indanoil-L-isoleucina metil éster es un elicitor promisorio, que estimula la síntesis y acumulación de fitoalexinas en los tejidos de fríjol a niveles similares a los exhibidos por el reconocido elicitor metil jasmonato, y sin efectos fitotóxicos significativos sobre la plántula. Adicionalmente, el método cromatográfico desarrollado en el presente trabajo podría ser usado para determinar rápidamente las variedades de fríjol con mejores perspectivas de resistencia a enfermedades, de acuerdo con los niveles de fitoalexinas acumulados. (Texto tomado de la fuente)

Abstract

Stimulating the natural defense mechanisms of plants, such as phytoalexins, through the application of elicitors, offers new alternatives for the control of diseases in crops of importance for the country. In the present work, derivatives of 1-indanone-4-carboxylic acid (a structurally related compound to coronatine, a powerful bacterial elicitor) were synthesized as potential elicitors. Structurally, the derivatives present variations of the carboxyl group (in position 4) of the indanoyl system, resulting from the coupling with amino acids (glycine methyl ester, L-valine methyl ester, L-Leucine methyl ester and L-isoleucine methyl ester), and the formation of amides and esters. Likewise, reactions were carried out on position 1 (carbonyl carbon) to reduce and obtain imines. Additionally, aldol condensation reactions were carried out on the 2-position (α-carbon to carbonyl) to obtain 2-benzylidene derivatives. In addition, aromatic electrophilic substitution reactions were carried out to obtain 6-substituted 1-indanone-4-carboxylic acid derivatives. These potential elicitors were evaluated on seedling tissues of two Colombian common bean varieties (ICA Cerinza and Uribe Rosado), analyzing the effect of elicitor concentration and structure, and post-induction time on the concentration of phytoalexins. It was found that the major phytoalexins in the Uribe Rosado variety, after the induction process with the 1-oxo-indanoyl-L-Isoleucine methyl ester compound, correspond to the isoflavonoids genistein, coumestrol and phaseollin with maximum values of 39.11, 11.09, and 21.96 µg/g f.w. respectively, and a post-induction time of 72 h. These concentrations of phytoalexins were comparable to those obtained by treating common bean seedlings with the powerful commercial elicitor methyl jasmonate. In addition, the effect of the concentration of 1-oxo-indanoyl-L-Isoleucine methyl ester on the accumulation of phytoalexins at 96 h post-induction was evaluated, obtaining a direct correlation between the concentration of the elicitor and the accumulation of phytoalexins. In the case of methyl jasmonate, the production of phytoalexins was strongly decreased for concentrations above 2.2 mM, observing a phytotoxic effect in the roots of the seedling. This was also detected with the elicitor 1-oxo-indanoyl-L-Isoleucine methyl ester, but to a lesser extent. A more detailed study of phytotoxicity of the compound 1-oxo-indanoyl-L-isoleucine methyl ester in common bean seedlings (cv. Uribe Rosado) did not reveal significant differences with respect to the seedlings treated with water, in terms of the production of chlorophylls, length of roots, size of leaves and seedling. However, the application of the elicitor on seeds which were incubated in Petri dishes showed a reduction in the number and size of secondary roots. This effect was not observed when the evaluation was carried out on seeds sown in quartz sand. Finally, the antifungal activity against C. lindemuthianum (causal agent of anthracnose) of the extracts from the seedlings of the cultivars Cerinza and Uribe Rosado treated with the elicitor 1-oxo-indanoyl-L-isoleucine methyl ester was evaluated. The results did not reveal significant differences between the extracts of seedlings treated with water and those treated with the elicitor, under the evaluated conditions. The results show that it is possible to modulate the production of phytoalexins in common bean by applying derivatives of 1-indanone-4-carboxylic acid. Treatment with elicitors would increase the levels of chemical defenses against common bean pathogens, and partially or totally replace some of the synthetic fungicides used in the crop. The compound 1-oxo-indanoyl-L-isoleucine methyl ester is a promising elicitor, which stimulates the synthesis and accumulation of phytoalexins in common bean tissues at levels similar to those exhibited by the recognized elicitor methyl jasmonate, and without significant phytotoxic effects on the seedling. Additionally, the chromatographic method developed in this work could be used to quickly determine the common bean varieties with the best prospects of resistance to diseases, according to the accumulated levels of phytoalexins.