Una versión sintética de auxina y su receptor de proteína (azul claro) se anidan juntos, creando un par diseñado que se comporta como el natural. Crédito:Keiko Torii / Universidad de Washington / Instituto Médico Howard Hughes y Shinya Hagihara / Universidad de Nagoya
Una hormona diseñada en laboratorio puede revelar los misterios que albergan las plantas.
Al desarrollar una versión sintética de la hormona vegetal auxina y un receptor diseñado para reconocerla, La investigadora del Instituto Médico Howard Hughes (HHMI), Keiko Torii, y sus colegas están preparados para descubrir el funcionamiento interno de las plantas.
El nuevo trabajo descrito el 22 de enero, 2018, en el diario Biología química de la naturaleza , es "una herramienta transformadora para comprender el crecimiento y el desarrollo de las plantas, "dice Torii, biólogo de plantas de la Universidad de Washington. Ese entendimiento puede tener grandes implicaciones agrícolas, planteando la posibilidad, por ejemplo, de una nueva forma de madurar fresas y tomates.
A las plantas, la hormona auxina es la reina. Entre muchos otros trabajos, la auxina ayuda a los girasoles a rastrear la luz solar, las raíces crecen hacia abajo, y los frutos maduran. Esta amplia gama de trabajos, así como el hecho de que cada célula de una planta puede producir y detectar auxina, hace que sea complicado separar las distintas funciones de la hormona. "Ha sido un gran misterio cómo una molécula tan simple puede hacer tantas cosas diferentes, "Torii dice.
Ella y sus colegas se propusieron crear una nueva forma de estudiar las respuestas de las plantas a la auxina mediante el diseño de una versión de laboratorio de la hormona que se puede controlar con precisión. Trabajando con químicos sintéticos en Japón, los investigadores agregaron una pequeña protuberancia a la estructura de la auxina:anillos de hidrocarburos que la auxina normalmente no contiene. Luego, los investigadores ajustaron el receptor de auxina de las plantas, una proteína que se encuentra en el exterior de las células vegetales y detecta la auxina. Esta vez, los investigadores eliminaron un aminoácido voluminoso del receptor, creando un agujero de tamaño perfecto que acuna la auxina fabricada en laboratorio. Ese simple interruptor llamada estrategia de "golpes y huecos", "es realmente elegante, actualmente, "Torii dice.
Normalmente, la hormona auxina acorta las raíces. Un nuevo la versión sintética de la hormona hace lo mismo, los investigadores descubrieron. La exposición a niveles crecientes de auxina sintética (de izquierda a derecha) disminuyó la longitud de las raíces en las plántulas diseñadas para detectar la hormona. Crédito:N. Uchida et al./ Biología química de la naturaleza 2018
Próximo, los investigadores probaron si este conjunto emparejado — la auxina sintética y el receptor sintético — podría hacer el mismo trabajo que el par natural auxina / receptor de las células. El sistema de intrincado diseño funcionó a la perfección, demostraron experimentos con raíces.
Normalmente, las raíces expuestas a la auxina dejan de crecer, y en su lugar crecen hacia los lados activando las células madre que se desprenden de la raíz principal. Torii compara el proceso, llamado desarrollo de la raíz lateral, a los extraterrestres que atraviesan los estómagos. Después de detectar auxina sintética, Las plantas de Arabidopsis diseñadas genéticamente para producir el receptor de auxina sintético se comportaron como de costumbre:crecieron los mismos adornos laterales de las ramas de las raíces.
Y lo que es más, las raíces que no tenían el receptor de auxina sintética eran esencialmente "ciegas" a la auxina sintética, prueba de que la hormona artificial es detectada únicamente por el receptor artificial. Torii y sus colegas llaman a este cambio a la auxina sintética "secuestro químico", una adquisición bien controlada que ahora permitirá a los investigadores desentrañar la enmarañada red de trabajos de la auxina en las plantas.
Con su sistema en funcionamiento, los investigadores probaron una pregunta de larga data en biología vegetal. Los científicos sabían que las plántulas en germinación usan auxina para crecer rápidamente. Pero la identidad del receptor exacto que permite que suceda este proceso no se estableció.
Después del tratamiento con auxina, las raíces normales de las plantas comienzan a ramificarse hacia los lados. Después del tratamiento con auxina sintética, las plantas diseñadas para detectar la hormona hacen lo mismo (se muestran las ramas de las raíces llenas de baches). Crédito:N. Uchida et al./ Biología química de la naturaleza 2018
La comunidad científica tenía un sospechoso en mente. El equipo de Torii produjo una planta que carecía de un receptor de auxina llamado TIR1, y en su lugar poseía una versión sintética. Cuando se expone a auxina artificial, estas plántulas comenzaron a crecer rápidamente, comportándose exactamente como si tuvieran el receptor normal. Los resultados sugieren que el alargamiento de la semilla ocurre a través del receptor TIR1.
Otras cuestiones científicas fundamentales se pueden abordar con este sistema, Torii dice, como el papel de la auxina en la maduración del maíz y en la apertura de los estomas, las estructuras que dejan respirar a las plantas.
Un día, la auxina sintética podría incluso encontrar un lugar en la agricultura. Actualmente, la auxina se rocía sobre las frutas para acelerar la maduración. Pero en altas concentraciones, la hormona puede actuar como herbicida que mata las plantas. Las frutas diseñadas para transportar el receptor sintético podrían madurarse con la hormona auxina sintética, Torii dice, eliminando la necesidad de rociar auxina indiscriminadamente. Pero, ella advierte, Es necesario realizar muchas más pruebas antes de que se pueda utilizar un sistema de hormonas sintéticas para cultivar alimentos.
