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Investigación
Un estudio de la Universidad e Investigación de Wageningen en los Países Bajos a los que se han sumado investigadores de Japón y España han encontrado un mecanismo simple para controlar el crecimiento de las plantas. Este hallazgo puede ayudar a los productores a diseñar nuevos cultivos con, por ejemplo, resistencia contra enfermedades, sequías o inundaciones.
El equipo de investigadores ha demostrado que la respuesta enormemente compleja a la hormona vegetal auxina se puede reducir a un modelo tipo interruptor muy simple. Básicamente, la auxina alterna un interruptor genético de "apagado" a "encendido", y al mismo tiempo, un segundo factor compite con este interruptor y, por lo tanto, determina cuán sensible es cada célula a la hormona. Por lo tanto, las numerosas formas en que las células vegetales reaccionan a la auxina, ya sea una ramificación de una raíz o la formación de una flor, dependen de la combinación de un interruptor de encendido / apagado con una especie de “perilla” de control de volumen.
Se sabe que la pequeña molécula de auxina controla muchos aspectos del crecimiento y desarrollo de las plantas, y lo hace cambiando la actividad de muchos genes. Las proteínas ARF que se unen al ADN se unen a los genes y los activan o desactivan, y la auxina determina si las proteínas ARF están activas o no. La mayoría de las plantas tienen muchas copias diferentes de las proteínas ARF, derivadas de la duplicación de genes durante la evolución, seguidas de cambios en sus propiedades. Lo que sigue es una red muy compleja de proteínas ARF que puede desencadenar respuestas únicas a la misma hormona.
Proteína ARF1 en Marchantia polymorpha marcada con una proteína fluorescente. Foto: Shubhajit Das
El equipo estudió el sistema de respuesta de auxina de la hepatica Marchantia polymorpha. Esta planta terrestre temprana tiene el sistema de respuesta de auxina más simple posible, como lo describieron los investigadores en un artículo anterior en eLife que condujo a la adjudicación del Premio de Investigación Wageningen a Hirotaka Kato y Sumanth Mutte en 2019. En este nuevo estudio publicado en la revista Nature Plants, el equipo ahora ha hecho uso de la extrema simplicidad del sistema de respuesta de auxina en la Marchantia, y diseccionó su funcionamiento a través de una combinación de genética y bioquímica de proteínas. El trabajo reveló un diseño muy simple de dos proteínas ARF competidoras para estar en el corazón del sistema de auxina.
“Creemos que nuestro hallazgo cambiará fundamentalmente la forma en que los investigadores ven el funcionamiento de la auxina", señala Dolf Weijers, jefe del Laboratorio de Bioquímica y líder del equipo de investigación. "Al mismo tiempo, este salto en nuestra comprensión de cómo las células responden a la hormona brinda nuevas capacidades sin precedentes para modificar las respuestas hormonales celulares en las plantas de cultivo, donde la propagación, el enraizamiento y muchos otros rasgos dependen de la respuesta de auxina".
Desde hace décadas, los estudios en plantas con flores, incluida la planta modelo Arabidopsis, han constituido la idea de que las plantas usan una red muy compleja de factores de respuesta para permitir que las diferentes células de la planta respondan de diferentes maneras a la misma hormona.
De esta manera, algunas células crecerán, otras se dividirán y otras se diferenciarán. También se cree que permite que la misma hormona desencadene la formación de raíces y flores, dependiendo de en qué parte de la planta se produzca la respuesta a la hormona. Ahora, el equipo de investigación describe su descubrimiento de un principio muy simple que subyace en las respuestas complejas a la hormona vegetal auxina. Es probable que el mismo principio simple funcione en otras especies de plantas, que tienen grandes familias de proteínas ARF. Por lo tanto, el presente estudio ayuda a comprender mejor cómo las plantas, incluidos los cultivos, responden a la hormona.
Para su innovador estudio, el biólogo experimental Hirotaka Kato, anteriormente en la Universidad de Wageningen, actualmente en la Universidad de Kobe, colaboró con colegas en el Laboratorio de Química y Biofísica de Wageningen, con el Sincrotrón Alba en Barcelona y en la Universidad de Kyoto. El estudio fue financiado en parte por una subvención NWO VICI otorgada a Dolf Weijers en 2015.
