La población mundial crece en 1.3 % al año, lo que demanda mayor producción de alimentos. Para producir mayor cantidad de alimentos se requiere el uso de pesticidas, principalmente herbicidas. Esto genera la necesidad de producir nuevos pesticidas debido a que la potencia de los herbicidas comerciales varía de concentraciones muy bajas hasta 10-8 Molar, y muchos de ellos son tóxicos. El desarrollo actual de nuevos herbicidas es a través de productos naturales identificados en Alelopatía, que significa del Griego “daño mutuo”, este fenómeno es inducido por metabolitos secundarios (también llamados aleloquímicos) producidos por una planta donadora que daña a una planta receptora. Se conoce muy poco de los sitios y mecanismos de acción de los alelo-químicos, la mayoría de ellos son poco activos comparado con los herbicidas comerciales. En nuestro proyecto “Búsqueda de metabolitos secundarios de plantas y de compuestos sintéticos con actividad herbicida” se han caracterizado metabolitos secundarios de plantas mexicanas y brasileñas muy activos, entre ellos se encuentran: Flavonoides, paquipodol y retusin; Diterpenos, el labdano-8α,15diol y su derivado acetilado; Alcaloides, flindersina y N-metil-flindersina, así como el ácido α,7β-dihidroxivouacapan-17β-oico y sus derivados γ-gama-lactonas y amida-γ-lactonas; la cumarina, siderina; Biflavonoides, robustaflavona, 2,3-dihidro-robustaflavona y 2,3-dihidro-robustaflavona 5-metil éter; Lactonas, Tricolorina A, etc. Estos compuestos se han caracterizado bioquímicamente encontrando su mecanismo y sitio de acción en la fotosíntesis in Vitro. Los resultados indican que presentan diferentes sitios de interacción comparados con los herbicidas sintéticos. Tener diferentes sitios de acción, hace atractivo a los metabolitos secundarios para caracterizarlos como herbicidas, dado que son bio-degradables y así se evita que las malezas se vuelvan resistentes. Con estas características los alelo-químicos son moléculas líderes para el desarrollo de herbicidas menos agresivos con el medio ambiente, al ser menos tóxicos y biodegradables. Para continuar la caracterización de los alelo-químicos y sus derivados como herbicidas, se determinara su potencial herbicida pre- y post- emergente. En la caracterización herbicida pre-emergente, se estudiará el efecto de los alelo-químicos en ensayos de germinación y crecimiento de las plántulas en semillas de Lolium perenne, una mono-cotiledónea y Trifolium alexandrinum, una eudi-cotiledónea; además de dos plantas agrícolas (Triticum aestivum, mono-cotiledónea y Phaselous vulgaris, eudi-cotiledónea). La caracterización herbicida post-emergente se realizarán asperjando los metabolitos secundarios y/o sus derivados en hojas de plantas crecidas en el invernadero (dos malezas y dos plantas agrícolas, mono-cotiledóneas y eudi-cotiledóneas), a las que se les determinará: 1) La fluorescencia de la clorofila a del fotosistema II; 2) Cuantificación de la concentración de la clorofila total (a y b) en hojas, 3) La inhibición de la producción de biomasa seca; 4) In vitro se medirá la formación de especies reactivas de oxígeno: singuletes de oxígeno (1O2) y superóxido (O2-.), especies altamente destructivas, que hacen un herbicida efectivo a dosis bajas, estas especies se medirán mediante técnicas de EPR (electron paramagnetic resonante) “Resonancia Paramagnética electrónica”. 5) Toxicidad. A los alelo-químicos que presentes actividad pre y post-emergente se les realizarán pruebas de toxicidad utilizando el ensayo de Artemia salina. 6) Citotoxicidad.- Para conocer su cito-toxicidad se realizarán ensayos de inhibición de tumores inducidos por Agrobacterium tumefaciens en discos de papa. 7) Para los ensayos de biodegradabilidad de los productos naturales que se emplearan como futuros herbicidas, se utilizara el ensayo simple y conveniente de Lemna minor L. una miniplanta acuática. Para los aleloquímicos que inhiban la fotosíntesis, se medirá la fluorescencia de la clorofila a in vivo en las hojas de plantas crecidas en el invernadero, para estudiar su biodegradabilidad en funsión del tiempo de aplicación, si son degrados dejaran de inhibir la fluorescencia y ver si se transportan hasta llegar al sitio de interacción aperecerá la fluorescencia. Continuando con nuestro proyecto de investigación se aislaran nuevos metabolitos secundarios de plantas que aún faltan por estudiarse, así como los aleloquímicos presentes en diferentes variedades de maíz y chile de nuestro país. Los metabolitos secundarios bio-activos de características herbicidas, se estudiara su producción por cultivo de células vegetales. También se harán derivados de las moléculas activas para aumentar aun más su actividad como herbicidas y realizar estudios estructura-actividad.

Los herbicidas sintéticos que inhiben en la fotosíntesis lo hacen a nivel de QB, desplazando a la quinona de la proteína D1, los metabolitos secundarios obtenidos a partir de las plantas que hemos estudiado muestran sitios de interacción diferente a los sintéticos (Lotina-Hennsen et al, 1998). Mas aún, algunos de nuestros compuestos son novedosos desde el punto de vista químico-estructural y presentan nuevos sitios de interacción, los cuales pueden ser útiles para conducirnos al diseño de un nuevo herbicida menos tóxico, biodegradable y que no cause resistencia en las malezas a los herbicidas, lo que mejorara la producción de alimentos sin contaminar el medio ambiente como lo hacen los herbicidas sintéticos. Se conocerá mas acerca de las propiedades alelopáticas de cultivos endémicos de México, como el maíz y el Chile, y los metabolitos obtenidos se caracterizarán para su posible utilización como herbicidas. Además, el proyecto contribuirá en la formación de recursos humanos en el campo de la bioquímica y fitoquímica para la búsqueda de nuevos herbicidas. Contribuirá en la divulgación de la investigación realizada y por último se fortalecerá el grupo multidisciplinario nacional e internacional, de investigación en el campo de los herbicidas