Por primera vez, investigadores de UC Riverside han determinado cómo funcionan estas estructuras a nivel molecular, así como dónde y cómo se forman. Esta información se describe en dos nuevas Nature Communications papeles.

Los científicos han estudiado durante mucho tiempo los compartimentos rodeados de membranas, llamados orgánulos, en las células vegetales, como el aparato de Golgi, las mitocondrias y, lo más importante, el núcleo, donde el ADN se copia y se transcribe en ARN.

Sin embargo, se sabe mucho menos sobre los orgánulos sin membranas que pueden ensamblarse y desensamblarse dinámicamente dentro del núcleo, como los fotocuerpos que ayudan a detectar la luz y la temperatura en las plantas.

"Hubo un tiempo en que la gente llamaba a estos fotocuerpos 'botes de basura' porque no los entendían. Cuando la gente no entiende algo, lo llama inútil. Pero no son inútiles en absoluto", dijo el profesor de botánica de la UCR, Meng. Chen, autor principal de ambos artículos. "Son una nueva frontera en la ciencia."

Parte del desafío al estudiar fotocuerpos, u orgánulos sin membrana en general, es que las moléculas entran y salen de ellos constantemente. Esto hace que sea difícil distinguir la función de los componentes dentro de los orgánulos de los de fuera. Además, estos fotocuerpos sólo se forman con la luz.

Chen pasó dos décadas trabajando en este problema antes de que su laboratorio encontrara un método que ayudara a descubrir el misterio de la función de los orgánulos.

En el pasado, eliminaba un gen en una planta de laboratorio e intentaba observar cualquier cambio en los fotocuerpos y las respuestas de las plantas a la luz o la temperatura. Este enfoque produjo un éxito parcial.

Su laboratorio identificó un gen que imposibilitaba el ensamblaje de los orgánulos sin membrana. La eliminación de este gen hizo que las plantas quedaran parcialmente ciegas a la luz. "Vimos que estos orgánulos están implicados en la detección de la luz, pero nos dimos cuenta de que se trataba de una correlación, no de una causalidad", afirmó Chen.

Para obtener más información, los investigadores intentaron aumentar el tamaño de los orgánulos, en lugar de eliminarlos. Esta estrategia, detallada en uno de los nuevos artículos, resultó exitosa. Con orgánulos más grandes era posible ver la función.

"Lo que vimos, en última instancia, es que los orgánulos sin membrana ayudan a las plantas a distinguir toda una gama de diferentes intensidades de luz. Sin ellos, las plantas no serían capaces de 'ver' cambios en la intensidad de la luz", dijo Chen.

En un conjunto de experimentos relacionados, descritos en el segundo Nature Communications En el artículo, los investigadores probaron la relación entre estos orgánulos y la temperatura. Anteriormente, el grupo había demostrado que si aumenta la temperatura, el número de estos orgánulos disminuye.

El grupo teorizó que la sensibilidad a la temperatura sería una función del lugar de la célula en el que se formaban los orgánulos. Otros investigadores propusieron que la formación de los orgánulos es aleatoria, pero Chen sospechaba que no era así.

"No hay mucho en la naturaleza que sea completamente aleatorio", afirmó Chen. "En el aeropuerto, ¿la gente se reúne en medio de la nada o suelen estar en las zonas de espera y en los mostradores de las aerolíneas? Todo lo que tiene una función importante no suele ser aleatorio."

Resulta que la formación de fotocuerpos tampoco es aleatoria. Más de la mitad de ellos están cerca de los centrómeros, la región de un cromosoma que alberga genes silenciados.

A 16 grados, había nueve tipos de orgánulos sin membrana en las células. A 27 grados, el número se redujo a sólo cinco tipos. Aunque todos contienen la proteína fitocromo B, que detecta la temperatura, algunos de estos orgánulos son sensibles a la temperatura y otros no.

En el futuro, los investigadores esperan demostrar que es posible cambiar la sensibilidad de las plantas a la luz y la temperatura manipulando el lugar donde se forman los orgánulos. Esto es particularmente importante si la gente quiere seguir cultivando alimentos en un mundo más cálido y brillante.

California produce la mitad de las frutas y verduras del país. Pero los científicos estiman que sin la mitigación de las emisiones de gases de efecto invernadero, las temperaturas promedio en el estado podrían aumentar 11 grados para finales de siglo, lo que afectaría seriamente el crecimiento de los cultivos.

"Para predecir y mitigar el cambio climático, necesitamos comprender cómo las plantas perciben y responden a su entorno, especialmente a la temperatura", dijo Chen. "La temperatura no está relacionada sólo con el crecimiento y el tamaño. Está relacionada con todo:tiempo de floración, desarrollo del fruto, respuesta a patógenos e inmunidad".