Esquema que representa los niveles de las diferentes proteínas PRR y la actividad de la proteína PIF durante el ciclo de 24 horas. A continuación, representa cómo estas proteínas afectan el crecimiento de la Arabidopsis planta de semillero. Crédito:Guiomar Martín y Judit Soy
Investigadores del Centro de Investigación en Genómica Agrícola (CRAG) han descubierto que los miembros de una familia de proteínas asociadas con los relojes internos de las plantas actúan secuencialmente para limitar el crecimiento de las plantas hasta el final de la noche. Esto podría ayudar a los investigadores a comprender cómo las plantas enfrentan los diferentes tipos de estrés que afectan su crecimiento. como la sequía o las altas temperaturas.
El Premio Nobel de Fisiología o Medicina se otorgó recientemente a tres investigadores estadounidenses, Sala, Rosbash y Young, por sus "descubrimientos de los mecanismos moleculares que controlan el ritmo circadiano". Gracias a su investigación, sabemos que las moscas de la fruta tienen un reloj interno formado por un conjunto de proteínas celulares cuya cantidad oscila en periodos de 24 horas. Estas oscilaciones, que se mantienen de forma autónoma, explicar cómo los organismos vivos adaptan su ritmo biológico para sincronizarlo con la rotación de la Tierra.
Plantas como animales, También tienen un reloj interno. De hecho, las primeras hipótesis sobre la existencia de un reloj circadiano en los organismos vivos surgieron con la observación de los movimientos de las hojas y las flores en las plantas. Por ejemplo, las hojas de las plantas de mimosa se cierran por la noche y se abren durante el día. En 1729, El astrónomo francés Jean Jacques d'Ortous de Mairan colocó una planta de mimosa en la oscuridad y observó que, a pesar de la ausencia del estímulo lumínico, las hojas aún se abrían y cerraban rítmicamente en el momento apropiado del día.
Los biólogos moleculares de hoy saben que los tallos de Arabidopsis thaliana se alargan justo antes del amanecer, cuando los días son cortos (invierno). Los estudios realizados en los últimos años han demostrado que este alargamiento del tallo en las plántulas jóvenes está controlado por proteínas PIF, cuya acumulación celular depende de la luz solar. Por lo tanto, la luz promueve la degradación de las proteínas PIF durante el día. Por la noche, sin embargo, Las proteínas PIF se acumulan dentro de la célula, y justo antes del amanecer promover el crecimiento de los tallos de las plantas. Pero, ¿por qué el tallo joven crece solo antes del amanecer y no durante toda la noche?
La respuesta a esta pregunta llegó con un trabajo publicado en 2016 por el grupo de investigación de Elena Monte. Ese estudio descubrió que una proteína del reloj interno (TOC1 o PRR1) actúa como una puerta durante la noche, permitiendo que PIF actúe solo al final de la noche. Ahora, un nuevo estudio del mismo grupo de investigación CRAG, publicado esta semana en la revista Biología actual , expande estos resultados. Elena Monte, junto a su equipo y colaboradores, han descubierto que otros componentes de la misma familia de proteínas del reloj interno, el PRR, actúan secuencialmente durante el día y la mayor parte de la noche para suprimir la acción de las proteínas PIF.
Arabidopsis thaliana plántulas. La plántula de la izquierda es de tipo salvaje y la de la derecha tiene una mutación en el gen CDF5 que produce la proteína de forma constitutiva. y consecuentemente crece más. Crédito:Guiomar Martín
La cantidad de las diferentes proteínas PRR (PRR1, PRR5, PRR7 y PRR9) oscila secuencialmente en períodos de 24 horas. Al final de la noche, la cantidad total de proteínas PRR en la célula alcanza su mínimo, permitiendo la acción de las proteínas PIF, cuales, debido a la ausencia de luz, están en su pico de concentración máxima. Por lo tanto, aunque algunas proteínas PIF se detectan durante las horas del día, no pueden promover la extensión del tallo hasta el final de la noche, cuando se abre la puerta, coincidiendo con las condiciones óptimas de humedad para el alargamiento.
"Nuestros resultados muestran que la regulación del crecimiento de las plantas ha evolucionado en las plantas para abarcar la acción secuencial orquestada de los PRR. Esto demuestra el papel dual de los PRR:como reguladores de los componentes centrales del reloj y como represores fisiológicos del crecimiento, "explica Elena Monte." Gracias a este estudio, hemos aprendido cómo el reloj circadiano de la planta afecta el crecimiento de la planta, que es un proceso importante a nivel agronómico, "añade Guiomar Martín, el primer autor de la obra, quien se encuentra actualmente en el Instituto de Ciencias Gulbenkian (Portugal).
CDF5:un nuevo gen clave para el crecimiento del tallo
En el trabajo publicado esta semana en Biología actual , los autores realizaron un análisis exhaustivo de las interacciones entre las proteínas y el ADN de la planta Arabidopsis thaliana. Este análisis reveló que el gen CDF5 induce el crecimiento del tallo justo antes del amanecer. Los investigadores han demostrado que la expresión del gen CDF5 está estrictamente regulada por la unión de las proteínas PIF (que promueven su expresión) y por las proteínas del reloj PRR (que impiden su expresión). De este modo, CDF5 se acumula específicamente durante la fase previa al amanecer, cuando induce el alargamiento celular y, como consecuencia, la extensión del tallo.
Para verificar la función de estos genes y proteínas, los investigadores observaron el crecimiento de plantas de arabidopsis portadoras de mutaciones en estos genes. Las plantas que habían perdido uno de los genes de la familia PRR (PRR7) crecieron más que sus contrapartes de tipo salvaje. Lo mismo sucedió en plantas en las que los investigadores modificaron el gen CDF5 para que pudiera expresarse durante las 24 horas. independientemente de las acciones de PIF y PRR.
