Cuando se desarrolla un organismo multicelular, cada celda necesita saber su lugar en relación con todas las demás celdas. Esto significa que las células necesitan comunicarse entre sí para crear los patrones a partir de los cuales surgen diferentes tipos de tejidos y células. En el caso de los animales, conocemos las señales y los mecanismos que impulsan estos procesos de creación de patrones.

Con las plantas es diferente porque las plantas multicelulares han evolucionado independientemente de los animales multicelulares. La profesora Marja Timmermans del Centro de Biología Molecular Vegetal de Tübingen ha trabajado con colegas de Cold Spring Harbor Laboratories en Nueva York para descubrir que la comunicación celular durante la creación de patrones en las plantas se lleva a cabo a través de un mecanismo único e intrincado. Las plantas utilizan "pequeños ARN" como señales móviles. Los ARN pequeños eran conocidos anteriormente por su papel en los mecanismos de defensa contra herbívoros o patógenos de enfermedades. pero, como muestra el nuevo estudio, también subyace que las células de la hoja adquieren la identidad correcta en el espacio y el tiempo. Los resultados de esta investigación se han publicado en el último número de Célula de desarrollo .

"La investigación sobre la formación de patrones en organismos tiene una rica historia en Tubinga, ", Señala Marja Timmermans. A principios de los setenta, Los profesores Hans Meinhardt y Alfred Gierer, luego en el Instituto Max Planck de Investigación de Virus, elaboró ​​principios básicos sobre cómo pueden surgir patrones en una población de células, y la profesora Christiane Nüsslein-Volhard, Director del Instituto Max Planck de Biología del Desarrollo, fue galardonada con el premio Nobel por su trabajo sobre el control genético del patrón en el huevo de la mosca de la fruta Drosophila en 1995.

La comunicación y los patrones en animales multicelulares ocurren con frecuencia a través de señales móviles, que utilizan gradientes de concentración. Dependiendo de la concentración, y a menudo en un valor umbral, las células se especializan en diversas tareas. Ahora se muestra que este mecanismo también ocurre en las plantas, aunque utilizan otras sustancias químicas de señales. A diferencia de las células animales, las células vegetales pueden estar conectadas a través de puentes de plasma, permitiendo que los factores reguladores se muevan a través de todo el sistema y contribuyendo a la creación de patrones.

Marja Timmermans y sus colegas siguieron pistas que indicaban que pequeños ARN podrían estar involucrados en el patrón de células vegetales. Los ARN pequeños son cadenas de moléculas cortas que coinciden perfectamente con ciertas secciones reguladoras de información genética en el ADN o ARN. Son capaces de adherirse allí, impidiendo así que se lean esos genes particulares. Los ARN pequeños permiten una regulación precisa de la producción de proteínas y, por lo tanto, también los procesos de desarrollo en las células.

Mecanismo de alto rendimiento para transmitir información de posicionamiento

Usando una planta modelo para la genética, Arabidopsis o berro, los investigadores investigaron qué papel desempeñaban los ARN pequeños en el posicionamiento y desarrollo de la hoja nueva. Al introducir pequeños ARN artificiales, cambiaron la concentración de estos elementos coordinadores y observaron cómo respondían las células de la hoja en crecimiento. "Lo sorprendente fue que los ARN pequeños pudieron producir patrones estables, ", dice Timmermans. Al igual que con los productos químicos de señales móviles en los animales, los ARN pequeños forman un gradiente de concentración. "A diferencia de las señales de desarrollo convencionales, los ARN pequeños operan de una manera muy específica, y pueden intervenir directamente en la actividad genética ".

Por lo tanto, los ARN pequeños podrían regular la actividad de ciertos genes dependiendo de su ubicación, sin retroalimentación de otros componentes en el proceso. "Los ARN pequeños móviles proporcionan un mecanismo de alto rendimiento para transmitir información de posicionamiento. Pueden desarrollar patrones de desarrollo precisos, "Timmermans resume.