Ciencias

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https://hdl.handle.net/10201/60

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Betalaínas con actividad frente a Alzheimer y cáncer : bioprospección, diversificación estructural y caracterización funcional
(Universidad de Murcia, 2026-04-28) Martínez Rodríguez, Pedro; Gandía Herrero, Fernando; Guerrero Rubio, Alejandra; Sin departamento asociado; Escuela Internacional de Doctorado
La presente Tesis Doctoral abordó de manera integral el estudio de las betalaínas, superando las limitaciones impuestas por el uso habitual de extractos complejos de fuentes convencionales como Beta vulgaris y Opuntia ficus-indica. La investigación exploró desde el origen y la presencia de pigmentos hasta ahora no considerados en la naturaleza hasta su potencial terapéutico en enfermedades de alto impacto como el Alzheimer y el cáncer. Así, la Tesis se estructuró en tres ejes principales: la bioprospección de betalaínas singulares, la modificación estructural del ácido betalámico para la obtención de nuevas familias de pigmentos a partir de sustratos no convencionales, y la caracterización funcional de la bioactividad de moléculas individuales tanto in vitro como in vivo utilizando el modelo animal Caenorhabditis elegans. La investigación comenzó expandiendo las fronteras conocidas de estos pigmentos, documentando por primera vez la amplia distribución (29 compuestos identificados) de betalaínas descarboxiladas, derivadas de la dopamina, en especies de la familia Amaranthaceae, especialmente en la quinoa (Chenopodium quinoa), consolidándolas como una familia de fitoquímicos relevante para la fisiología de estas plantas. Asimismo, se exploró la biosíntesis de betalaínas en el hongo "fósil viviente" Neolecta irregularis. Mediante la caracterización de su enzima 4,5-DOPA-extradiol-dioxigenasa (NiDODA), se demostró la capacidad formadora de betalaínas en este ascomiceto basal, expandiendo así la distribución filogenética de esta ruta biosintética fuera del reino vegetal. Por otro lado, se llevó a cabo la modificación química de la unidad estructural y funcional de las betalaínas: el ácido betalámico. En este ámbito, se describió la síntesis y caracterización de una nueva familia de betalaínas metiladas mediante la incorporación de un grupo metilo para formar el ácido 6-metil-betalámico. Además, se sintetizaron betalaínas hidroxiladas utilizando como molécula precursora la noradrenalina, resultando en pigmentos con mayor polaridad. Así, la investigación llevada a cabo representa el inicio de la era de la química del núcleo central de las betalaínas, abriendo una vía para el diseño de nuevos pigmentos bioactivos hechos a medida. Asimismo, se evaluó la actividad biológica de estos pigmentos utilizando el modelo animal Caenorhabditis elegans. Respecto a la enfermedad de Alzheimer, se demostró que las betalaínas poseen propiedades anti-amiloidogénicas; 22 moléculas redujeron la agregación del péptido amiloide in vitro, y los ensayos in vivo confirmaron una mejora significativa en el comportamiento quimiotáctico en estirpes de C. elegans que son modelo de Alzheimer, respaldada además por estudios de docking molecular. En cuanto a la actividad antitumoral, las betalaínas metiladas mostraron una potente capacidad para reducir la proliferación de células tumorales en C. elegans. Entre ellas, la prolina-6-metil-betaxantina destacó como el pigmento más efectivo, logrando reducir el tamaño tumoral en un 48,4 %. Como estrategia para trasladar estos hallazgos a una aplicación real, se desarrollaron liposomas cargados con betalaínas que garantizan su biodisponibilidad. Estos sistemas no solo preservaron las propiedades antioxidantes de los pigmentos, sino que liposomas cargados con betalaínas aumentaron la vida media de C. elegans hasta en un 21,8 %, demostrando ser un sistema eficaz de administración. En conjunto, esta Tesis posiciona a las betalaínas, tanto tradicionales como modificadas estructuralmente, como candidatas prometedoras para el desarrollo de nutracéuticos y agentes farmacológicos. Los resultados obtenidos proporcionan una base sólida que va desde la caracterización más básica hasta la evidencia preclínica, destacando el papel de las betalaínas como potenciales moléculas de interés en la lucha contra enfermedades neurodegenerativas y oncológicas.
Open Access
Formulación de nuevos productos bioestimulantes con extractos de algas para cultivos hortícolas regados con aguas no convencionales
(Universidad de Murcia, 2026-03-18) Navarro Pérez, Valeria; García Sánchez, Francisco; Simón Grao, Silvia; Alfosea Simón, Marina; Sin departamento asociado; Escuela Internacional de Doctorado
La agricultura se enfrenta a desafíos como la escasez de recursos hídricos, que afectan al rendimiento y a la calidad de los cultivos. En zonas áridas y semiáridas, la elevada concentración de boro en el agua de riego, asociada al uso de aguas regeneradas o desaladas, constituye uno de los principales problemas, ya que su acumulación altera procesos fisiológicos y metabólicos que limitan el desarrollo vegetal. El tomate (Solanum lycopersicum L.) es uno de los cultivos hortícolas que puede ver comprometido su crecimiento, producción y calidad bajo condiciones de toxicidad por boro. En este contexto, los bioestimulantes basados en extractos de algas han despertado un creciente interés por su contenido en compuestos bioactivos y su potencial para mejorar la respuesta de los cultivos frente al estrés y favorecer una producción más sostenible. Esta tesis doctoral se ha centrado en la caracterización bioquímica de diferentes especies de algas, como macroalgas, microalgas, diatomeas y cianobacterias, y en la evaluación de la actividad bioestimulante de algunos de sus extractos en plantas de tomate cultivadas bajo condiciones de toxicidad por boro (15 mg L-1). En el Capítulo 3 se caracterizó la composición bioquímica de la biomasa algal de 11 especies de macroalgas, analizando su perfil nutricional, hormonal y metabolómico, junto con otros compuestos asociados a su actividad biológica. Ascophyllum nodosum y Undaria pinnatifida destacaron por su elevada diversidad y concentración de metabolitos. Laminaria digitata presentó un alto contenido de manitol, y Palmaria palmata mostró niveles elevados de nitratos y betaínas. Las algas verdes presentaron concentraciones altas de magnesio, amonio y nitrógeno total, destacando Ulva rigida por su contenido de asparagina. Todas las especies contenían niveles elevados de hormonas vegetales. De forma similar, en el Capítulo 4 se analizó la biomasa de 4 microalgas, 2 diatomeas y una cianobacteria, evaluando su composición bioquímica, perfil de metabolitos y contenido nutricional. Phaeodactylum tricornutum y Skeletonema sp. mostraron la mayor diversidad de compuestos bioactivos. Isochrysis sp. y Phaeodactylum tricornutum presentaron las concentraciones más elevadas de distintos metabolitos. Haematococcus pluvialis destacó por su contenido en auxinas y giberelinas, Nannochloropsis gaditana por su concentración de prolina y betaína, Arthrospira platensis por su alto nivel de acetato y Chlorella vulgaris por su contenido de sacarosa y xilosa. Por otro lado, en el Capítulo 5 se estudió el efecto de una elevada concentración de boro (15 mg L-1) en plantas de tomate y la aplicación de extractos de Laminaria digitata y Phaeodactylum tricornutum, solos o combinados con metaloides y micronutrientes. Se evaluaron parámetros fisiológicos, bioquímicos y metabólicos. Los tratamientos mejoraron la estabilidad fisiológica y metabólica de las plantas, aunque no redujeron la acumulación de boro. El análisis de componentes principales mostró que la tolerancia relativa estuvo relacionada principalmente con variables fisiológicas y metabólicas. Entre los tratamientos aplicados, el extracto de Laminaria digitata fue el más eficaz. Por último, en el Capítulo 6 se evaluaron las respuestas agronómicas, nutricionales y metabólicas de las plantas de tomate al riego con una elevada concentración de boro (15 mg L-1) y la aplicación foliar de productos bioestimulantes formulados con un extracto de Laminaria digitata. La toxicidad por boro redujo la producción total, al disminuir el peso medio del fruto y afectar al calibre y la firmeza, sin modificar el número de frutos ni la calidad química. Aunque los bioestimulantes modificaron el estado nutricional y el perfil metabolómico, estas respuestas no fueron suficientes para mitigar la toxicidad ni mejorar el rendimiento. En conjunto, esta tesis aporta información detallada sobre la composición bioquímica de distintas especies de algas y su potencial como bioestimulantes, así como sobre la respuesta fisiológica, nutricional y metabólica del tomate al exceso de boro.
Open Access
Functional diversity of plant water and nutrient use strategies in Mediterranean ecosystems
(Universidad de Murcia, 2026-03-06) Muñoz Gálvez, Francisco Javier; Querejeta Mercader, José Ignacio; Prieto Aguilar, Iván; Sin departamento asociado; Escuela Internacional de Doctorado
El incremento de la aridez asociado al cambio climático provoca cambios funcionales y estructurales en las comunidades vegetales, desde adaptaciones fisiológicas y morfológicas hasta reemplazos en los tipos funcionales dominantes. Dado que las zonas áridas y semiáridas cubren el 41% de la superficie terrestre, comprender las estrategias de uso de recursos de las plantas adaptadas a la sequía es clave para la conservación y gestión de estos ecosistemas. En ecosistemas mediterráneos, caracterizados por una fuerte estacionalidad hídrica, integrar rasgos del LES con indicadores hídricos permite una visión holística del funcionamiento vegetal desde la escala de especie hasta la de comunidad. El objetivo general de la tesis es analizar la diversidad y coordinación de las estrategias de uso del agua, carbono y nutrientes en comunidades de plantas leñosas mediterráneas a lo largo de un gradiente de aridez. Los objetivos específicos son: I) evaluar la coordinación entre la profundidad de extracción de agua y las estrategias hídricas a nivel foliar dentro de cada sitio y a lo largo del gradiente de aridez; II) analizar la coordinación entre el eje adquisitivo-conservador del LES y las estrategias de uso del agua a escala foliar y de planta;III) examinar los cambios de estas estrategias a nivel de comunidad frente al aumento de la aridez. Para ello se estudiaron seis comunidades principales de plantas leñosas distribuidas a lo largo de un transecto de 600 km en la Península Ibérica, desde zonas costeras cálidas y secas hasta regiones montañosas frías y húmedas, abarcando un amplio gradiente climático, altitudinal y de estructura de la vegetación. Para algunos análisis se incorporaron cuatro comunidades adicionales. Los muestreos se realizaron en dos años contrastados climáticamente (2019 y 2022). Se analizaron 62 especies (121 combinaciones especie-sitio), midiendo rasgos foliares (SLA, LDMC), concentraciones de nutrientes (N, P, K), isótopos estables en hoja, agua del xilema y del suelo y, en 2022, variables de intercambio gaseoso. Los resultados revelan una elevada diversidad de estrategias de uso del agua dentro de todas las comunidades, independientemente del nivel de aridez. Existe una fuerte coordinación entre la profundidad de extracción de agua y las estrategia de uso de agua a nivel de hoja. Las especies pequeñas, dependientes del agua superficial, presentan mayor conductancia estomática y menor eficiencia en el uso del agua, mientras que árboles y arbustos grandes, con acceso a agua profunda, muestran estrategias más conservadoras y eficientes. Los isótopos estables demostraron ser indicadores robustos e integradores de estas estrategias. Se confirmó la existencia de un eje adquisitivo-conservador del LES y su estrecha coordinación con el uso del agua, especialmente en ecosistemas estrictamente mediterráneos. Las especies adquisitivas combinan hojas poco esclerófilas, alta concentración de nutrientes, altas tasas fotosintéticas y baja eficiencia en el uso del agua. Las especies conservadoras presentan el patrón opuesto. A escala de comunidad, el aumento de la aridez se asocia a vegetación más abierta y a un mayor predominio de arbustos pequeños. Aunque las comunidades más áridas incrementan la conductancia estomática para evitar el sobrecalentamiento, mantienen o incluso aumentan su eficiencia en el uso del agua gracias a hojas más esclerófilas y ricas en nutrientes por área. En conjunto, la tesis demuestra que el acceso al agua -superficial o profunda- determina de forma decisiva la coordinación entre el uso de agua, carbono y nutrientes. El aumento de la aridez restringe las estrategias viables y favorece una fuerte coordinación funcional, evidenciando la coexistencia de estrategias adquisitivas y conservadoras de agua, carbono y nutrientes en la vegetación leñosa mediterránea.
Open Access
Efectos de la calidad cromática de la luz y la salinidad en la producción y composición de la biomasa en microalgas
(Universidad de Murcia, 2026-03-09) Ruohisto, Essi Maiju Helena; Pancaldi, Simonetta; Vera Andújar, Luisa María; Sánchez Vázquez, Francisco Javier; Sin departamento asociado; Escuela Internacional de Doctorado
Esta Tesis doctoral examinó los efectos de diferentes condiciones lumínicas sobre el rendimiento del crecimiento y la composición bioquímica de microalgas cultivadas tanto en medios de agua dulce como salina. Se establecieron los siguientes objetivos especificos: 1) Estudiar los efectos de diferentes longitudes de onda de luz LED sobre el crecimiento, la fisiología y el metabolismo de Neochloris oleoabundans; 2) Evaluar el crecimiento y la producción microalgal en un entorno salino; 3) Evaluar el efecto de un termociclo diario sobre Neochloris oleoabundans; 4) Analizar métodos económicos y sostenibles para la producción de biomasa microalgal rica en compuestos de valor añadido, utilizando iluminación LED artificial; 5) Evaluar nuevas cepas microalgales en función de su valor biotechnologica. Se realizaron cultivos en lotes en matraces y fotobiorreactores (PBRs) bajo condiciones controladas de laboratorio, usando medios de agua dulce y salina (BG11 y medios salinos artificiales). Los tratamientos lumínicos incluyeron luz LED monocromática azul, roja, blanca y luz de espectro mixto. La salinidad varió de agua dulce a marina (33 ppm), y se aplicaron termociclos diarios para imitar condiciones naturales. El crecimiento se evaluó mediante densidad óptica, recuento celular y peso seco. La eficiencia fotosintética se evaluó mediante la fluorescencia de la clorofila, utilizando fluorometría PAM. Se realizaron análisis bioquímicos para cuantificar proteínas (ensayo de Bradford) y pigmentos (metodos de espectrofotometría). Los lípidos y los ésteres metílicos de ácidos grasos fueron evaluados mediante microscopía de fluorescencia microscopía electrónica de transmisión y análisis por cromatografía de gases (GC) para determinar los cambios en la producción de lípidos y en los perfiles de ácidos grasos bajo diferentes condiciones de cultivo. Los Capítulos I y II mostraron que la luz azul incrementó significativamente la biomasa y el contenido de lípidos y carotenoides en N. oleoabundans en agua dulce. La luz roja favoreció una mayor proporción de ácidos grasos poliinsaturados (PUFAs), mientras que la luz blanca promovió el contenido proteico y de ácidos grasos saturados (SFAs). En condiciones salinas, el crecimiento fue menor, pero la biomasa final y los lípidos aumentaron, probablemente como respuesta al estrés. La luz azul en medios salinos también favoreció la producción de pigmentos y SFAs. El Capítulo III abordó el efecto del termociclo, mostrando que las fluctuaciones térmicas moderadas ralentizaron inicialmente el crecimiento, pero resultaron en mayores densidades celulares sin afectar el rendimiento final. Esto respalda la viabilidad del cultivo al aire libre sin control estricto de temperatura. En el Capítulo IV se escaló el cultivo a PBRs de laboratorio (1 L), evaluando distintas combinaciones de luz y salinidad. Aunque la luz azul redujo la eficiencia fotosintética, el crecimiento fue similar entre tratamientos. Las condiciones salobres y luz moderada favorecieron el crecimiento y la acumulación de lípidos, mientras que el agua dulce potenció proteínas y pigmentos. Se evaluó también la viabilidad preliminar del uso de N. oleoabundans en un PBR prototípico. El Capítulo V exploró cepas novedosas (Nannochloropsis sp., Halamphora sp., Fistulifera sp.) aisladas del Mar Menor (Murcia, España), que mostraron características valiosas: alto contenido de EPA y ALA, y producción significativa de pigmentos. La luz azul mejoró el crecimiento de Nannochloropsis y los fotoperiodos cortos favorecieron a Fistulifera. Estas cepas presentan potencial en sectores nutracéutico y farmacéutico. Conclusiones principales: 1) La calidad de la luz impacta la composición bioquímica de N. oleoabundans: la luz azul incrementa lípidos y la roja favorece los PUFAs; 2) Las fluctuaciones térmicas moderadas no afectan la productividad de biomasa, permitiendo el cultivo exterior; La salinidad no limita el crecimiento en PBRs de laboratorio y puede aumentar la acumulación lipídica; Las nuevas cepas poseen potencial para biorrefinerías por sus perfiles únicos de lípidos y pigmentos.
Open Access
Variabilidad del virus del mosaico verde jaspeado del pepino (CGMMV) y su implicación en la resistencia en pepino (Cucumis sativus)
(Universidad de Murcia, 2026-02-27) Gea Caballero, Esperanza; Aranda Regules, Miguel Ángel; Sin departamento asociado; Escuela Internacional de Doctorado

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