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Descubren conductores moleculares que ayudan a las plantas a responder ante la sequía

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Podemos decir cuando las plantas necesitan agua: sus hojas se caen y empiezan a verse secas. Pero ¿qué ocurre a nivel molecular? Científicos del Instituto Salk han dado un salto adelante para responder a esa pregunta, algo que podría ser fundamental para ayudar a la agricultura a adaptarse a la sequía y a otros factores de estrés relacionados con el clima.

La nueva investigación sugiere que frente a las dificultades ambientales, las plantas emplean un pequeño grupo de proteínas que actúan como conductores para manejar sus respuestas complejas al estrés. Los resultados, que se detallan en la edición del 3 de noviembre de la revista Science, pueden ayudar en el desarrollo de nuevas tecnologías para optimizar el uso del agua en las plantas.

“La respuesta de una planta a un factor de estrés es un proceso altamente complejo a nivel molecular, con cientos de genes involucrados”, dijo el autor principal Joseph Ecker, investigador del Instituto Médico Howard Hughes, profesor y director del Laboratorio de Análisis Genómico y titular de Cátedra del Consejo Internacional de Genética del Instituto Salk. “Hemos descubierto los conductores clave en esta sinfonía molecular, que pueden ofrecer pistas para ayudar a las plantas a tolerar mejor los factores de estrés como la sequía frente al cambio climático. Si puedes controlar uno de estos conductores, controlas todos los genes que siguen su camino”.

Qué tan bien una planta responde al estrés puede determinar si sobrevive y prospera o sucumbe a una amenaza. Así como los seres humanos tenemos hormonas como la adrenalina que nos ayudan a hacer frente a las amenazas, las plantas tienen unas hormonas clave que les permiten responder a los factores de estrés en su entorno. Uno de ellos es el ácido abscísico (ABA), una hormona vegetal implicada en el desarrollo de semillas y la optimización del agua.

Cuando el agua es escasa o la salinidad es alta, las raíces y las hojas producen ABA. Aunque se entienden que la hormona afecta la respuesta de estrés de una planta, los científicos han sabido muy poco sobre lo que sucede globalmente después de que se libera.

“Sólo unas pocas docenas de proteínas reguladoras dictan la expresión de cientos, si es que no miles de genes”, dice Liang Song, investigador asociado en el Laboratorio de Biología Vegetal de Salk y primer autor del documento. “Al entender cuáles son esos reguladores principales y cómo funcionan, podemos entender mejor, y potencialmente modular, la respuesta al estrés”.

En su estudio, el equipo de Salk rastreó los cambios en tiempo real en la actividad genética de las plantas en respuesta a ABA e identificó un puñado de estas proteínas maestras que rigen las respuestas a una amplia gama de factores de estrés externos, incluida la sequía. Utilizando una técnica que mapea donde estas proteínas reguladoras se unen al ADN, el equipo definió los factores clave que coordinan la expresión génica, permitiendo una respuesta celular eficiente a las condiciones cambiantes.

El equipo de Salk se centró en proteínas reguladoras candidatas conocidas por responder a ABA. Exponían plántulas de 3 días de edad de la planta modelo Arabidopsis thaliana al ácido abscísico y controlaban la expresión génica en puntos de tiempo regulares durante 60 horas.

En el proceso, se agruparon 122 conjuntos de datos con 33.602 genes, de los cuales 3.061 se expresaron en diferentes niveles durante al menos un punto de tiempo. El análisis de los datos reveló una jerarquía de control, con algunas proteínas reguladoras como las principales contribuyentes a la expresión génica. Intrigantemente, una instantánea de los patrones de unión a proteínas en un punto de tiempo en particular puede explicar en gran medida la expresión génica en un amplio período de tiempo. Juntas, estas dinámicas sugieren una respuesta coordinada del genoma a los desencadenantes ambientales.

“Con esta visión de red, podemos ver que algunos de estos componentes están dirigidos por las mismas proteínas reguladoras maestras, lo que sugiere control genético preciso y coordinado”, dice Song. “Esto podría ser importante para propósitos agrícolas, porque la regulación de un gen a su vez podría estimular o suprimir otro conjunto de genes, lo que permite un diseño integral de las intervenciones”.

Los resultados reflejan los de un estudio de 2013 del laboratorio Ecker sobre la hormona vegetal etileno, sugiriendo que tal control coordinado y jerárquico de la actividad genética puede ser común a las plantas con flores.

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