Imagen microscópica de células del tallo de la plántula Arabidopsis
thaliana. En verde se observan los cloroplastos y en azul los núcleos de
las células
|
Descubren una nueva función de los cloroplastos como reguladores del
desarrollo de plantas.
Investigadores del Centro de Investigación en Agrigenómica (CRAG) y de
la Universidad de California en Berkeley descubren que, en condiciones
de estrés, el cloroplasto envía señales al núcleo de la célula para
modificar el desarrollo de la planta.
• El trabajo, que se publica en la revista Nature Communications,
contribuye a entender cómo los orgánulos endosimbióticos (mitocondrias y
cloroplastos) pueden cambiar el desarrollo global del organismo.
• El artículo describe por primera vez el mecanismo molecular por el que
la planta altera su desarrollo ante una luz excesiva.
En 1967, la bióloga estadounidense Lynn Margulis formuló su famosa
teoría endosimbiótica, que explica la presencia de orgánulos con
material genético propio dentro de las células eucariotas como resultado
de una simbiosis primitiva de una bacteria dentro de otra célula. En
este proceso de simbiosis, estos orgánulos, las mitocondrias y los
cloroplastos, fueron transfiriendo gran parte de su material genético al
núcleo de la célula. De esta manera, el núcleo, poseyendo la mayor parte
del ADN de la célula, se convirtió en "director" y proveedor de la
mayoría de proteínas de la célula. Gracias a su función de "director
celular", el núcleo envía constantemente señales al resto de orgánulos
celulares para ejecutar funciones importantes, como por ejemplo, la
división o la diferenciación celular.
La función principal de las mitocondrias y los cloroplastos en la
producción de energía celular es bien conocida. También lo es el hecho
de que estos orgánulos pueden enviar señales al núcleo para informarle
de su estado, lo que se conoce como señalización retrógrada.
Mitocondrias y cloroplastos utilizan la señalización retrógrada para
solicitar al núcleo las proteínas necesarias para ejercer su función de
productores de energía correctamente. Además, en el caso de las células
animales, se ha descrito que la señalización retrógrada es importante
para una variedad de funciones celulares diferentes de la producción de
energía. Por ejemplo, en células animales la señalización de la
mitocondria al núcleo modula procesos tan importantes como la división
celular e influye en la progresión de los tumores.
En el estudio que se publica ahora en la revista Nature Communications,
el equipo liderado por la investigadora del CSIC en el CRAG, Elena
Monte, describe por primera vez, que los efectos de la señalización
retrógrada en plantas van mucho más allá de lo que se había descrito
hasta ahora, siendo capaz de modular el desarrollo global de la planta.
"Nos sorprendió descubrir que las señales provenientes del cloroplasto
tienen la capacidad de modificar el desarrollo de la planta, incluso
imponiéndose jerárquicamente al núcleo", explica Guiomar Martín,
estudiante de doctorado del CRAG y primera autora del artículo. "Ahora
sabemos que, al igual que la señalización de la mitocondria al núcleo
regula procesos clave en los animales, el cloroplasto también regula el
desarrollo de la planta por un mecanismo que hemos podido describir a
nivel molecular", añade la investigadora principal del estudio, Elena
Monte.
El cloroplasto: un sensor de estrés
El grupo de investigación del CRAG utilizó pequeñas plántulas de
Arabidopsis thaliana en proceso de desarrollo guiado por la luz (fotomorfogénesis)
y las trató con un fármaco que daña los cloroplastos. Sorprendentemente,
las plantas tratadas con el fármaco adquirían un aspecto similar a las
plantas crecidas en ausencia de luz, indicando que la señalización
retrógrada estaba, en este caso, reprimiendo la fotomorfogénesis normal
a pesar de la presencia de luz. En vista de este resultado, los
investigadores buscaron cuál era el mecanismo molecular que causaba este
efecto.
Experimentos posteriores indicaron que el gen nuclear GLK1 es clave en
la regulación de la fotomorfogénesis, siendo un gen que está regulado
por la señalización retrógrada y por las proteínas PIF, que son
sensibles a la luz. En oscuridad las proteínas PIF son abundantes y
evitan la acción de GLK1, pero cuando la plántula sale de bajo tierra y
le llega la luz, las proteínas PIF se degradan, permitiendo que GLK1
promueva el desarrollo fotomorfogénico de la plántula, que incluye por
ejemplo, la expansión de las hojas y la adquisición de la clorofila y
por lo tanto, del color verde. Sin embargo, cuando el cloroplasto se
daña (p. ej. al aplicar el fármaco) o detecta que las condiciones
ambientales son estresantes (p. ej. al someter la planta a iluminación
excesiva) la expresión de GLK1 baja en respuesta a las señales
retrógradas enviadas por el cloroplasto, por un mecanismo independiente
de PIF. Gracias a este mecanismo molecular, que permite frenar el
desarrollo, la planta se protege del daño foto-oxidativo y queda a la
espera de que las condiciones sean favorables para el crecimiento.
Así pues, en el artículo publicado ahora en Nature Communications, se
describe por primera vez que el cloroplasto funciona como una antena
sensora de estrés capaz de tomar temporalmente la dirección de la célula
al núcleo para modificar el desarrollo de la planta y protegerla.
Para Elena Monte, "este trabajo contribuye a entender cómo los orgánulos
endosimbióticos en eucariotas pueden cambiar el desarrollo global del
organismo". "En plantas, este avance puede ayudar a encontrar soluciones
para hacer frente al aumento de la radiación, y por tanto, al estrés
lumínico, como consecuencia del cambio climático", añade la experta.
En este trabajo también han participado los investigadores del CRAG
Pablo Leivar y Dolores Ludevid, y los investigadores de la Universidad
de California en Berkeley James M. Tepperman y Peter H. Quail.
Sobre el Centro de Investigación en Agrigenómica (CRAG)
El Centro de Investigación en Agrigenómica (CRAG) es un centro que forma
parte del sistema CERCA de la Generalidad de Cataluña, y establecido
como consorcio de cuatro instituciones: el Consejo Superior de
Investigaciones Científicas (CSIC), el Instituto de Investigación y
Tecnología Agroalimentarias (IRTA), la Universidad Autónoma de Barcelona
(UAB) y la Universidad de Barcelona (UB). La investigación del CRAG se
extiende desde la investigación básica en biología molecular de plantas
y animales de granja, a las aplicaciones de técnicas moleculares para la
cría de especies importantes para la agricultura y la producción de
alimentos en estrecha colaboración con la industria. El CRAG ha sido
reconocido como "Centro de Excelencia Severo Ochoa 2016-2019" por el
Ministerio de Economía y Competitividad.
Fuente: Centre de Recerca en Agrigenómica (CRAG):
Guiomar Martín, Pablo Leivar, Dolores Ludevid, James M. Tepperman,
Peter H. Quail & Elena Monte “Phytochrome and retrograde signalling
pathways converge to antagonistically regulate a light-induced
transcriptional network ” Nature Communications. May, 2016
www.cci-calidad.com |