Un estudio dirigido por investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) ha descubierto que dos enzimas clave en las plantas llamadas PAH1 y PAH2 son fundamentales para la supervivencia y el crecimiento en condiciones de depleción de nitrógeno. El estudio arroja nueva luz sobre cómo las plantas podrían modificarse en el futuro para aumentar la tolerancia a entornos pobres en nutrientes.

Cómo las plantas toleran la falta de nitrógeno es un misterio de larga data. El nitrógeno es vital para la producción de aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas vegetales, y muchos otros componentes necesarios para mantener la vida. Investigadores en Japón han descubierto ahora que dos enzimas involucradas en la biosíntesis de lípidos llamadas PAH1 y PAH2 son esenciales para el crecimiento de las plantas durante la falta de nitrógeno. El hallazgo avanza en el conocimiento fundamental de los procesos que regulan el crecimiento de las plantas.

Publicado en Fronteras en la ciencia de las plantas , la investigación fue el resultado de la colaboración entre científicos de Tokyo Tech, la Universidad de Tokio y la Universidad de Farmacia y Ciencias de la Vida de Tokio.

Al estudiar una pequeña planta con flores llamada Arabidopsis thaliana, el equipo demostró que apagar dos genes, PAH1 y PAH2, (en un proceso conocido como doble knockout) condujo a una mayor sensibilidad a la falta de nitrógeno. Arabidopsis es una opción popular entre los biólogos de plantas debido a su ciclo de vida relativamente corto (de alrededor de dos meses) y al tamaño pequeño del genoma (de alrededor de 135 pares de megabase). haciéndolo ideal para su uso como especie modelo.

El equipo comparó el contenido de clorofila y la actividad fotosintética de las plantas de doble knockout, plantas transgénicas que han sido modificadas para producir más (o sobreexpresar) PAH1 y PAH2, y plantas de tipo salvaje. Se encontró que las plantas de doble knockout tenían un contenido de clorofila más bajo que en el tipo salvaje en condiciones de depleción de nitrógeno. Notablemente, El equipo descubrió que las plantas transgénicas mostraban una mayor cantidad de clorofila y una mayor actividad fotosintética que las plantas de tipo salvaje bajo la escasez de nitrógeno (ver Figura 1).

Mie Shimojima de la Escuela de Ciencias de la Vida y Tecnología, Tokio Tech, dice que el estudio se basa en alrededor de 20 años de trabajo realizado por su grupo de investigación sobre la remodelación de lípidos de la membrana en condiciones de depleción de fosfato inorgánico (Pi).

"Cuando las plantas sufren hambre de Pi, los fosfolípidos en las membranas celulares se degradan y se reemplazan con glicolípidos, o lípidos que contienen azúcar; así es como las plantas sobreviven a la escasez de Pi, "dice Shimojima". En 2009, nuestros colegas Yuki Nakamura y otros demostraron que PAH1 y PAH2 son cruciales para el crecimiento de las plantas en condiciones de depleción de Pi ".

La creciente evidencia en los últimos años sugirió que la respuesta de las plantas a la inanición de Pi y la inanición de nitrógeno podría estar relacionada. "Es por eso que analizamos la tolerancia a la falta de nitrógeno en la planta Arabidopsis que carece de PAH1 y PAH2, ", dice Shimojima." Nuestro estudio refuerza la opinión de que el mecanismo de remodelación de lípidos inducido por la inanición de Pi también está involucrado en la respuesta a la inanición de nitrógeno ".

"Todos nuestros hallazgos hasta ahora indican que PAH1 está involucrado en algún tipo de proceso de reparación o mantenimiento de las estructuras de la membrana del cloroplasto, "continúa." Sin embargo, dado que PAH es una enzima citosólica, puede haber otras proteínas esenciales involucradas en este mecanismo dentro de la membrana ".

Se necesitarán más estudios para desentrañar los mecanismos moleculares que subyacen a la tolerancia al hambre de nitrógeno y para explorar cómo este conocimiento puede usarse en aplicaciones agrícolas y biotecnológicas.