Una investigación descubre el proceso por el que las plantas se vuelven verdes

Aunque las plantas son esenciales para el mantenimiento de la vida en la Tierra, poco se conoce sobre cómo las células de las plantas orquestan el crecimiento y el enverdecimiento.

Al crear plantas mutantes, investigadores de UC Riverside han descubierto una ruta de comunicación celular buscado por los científicos desde hace décadas.

Las plantas y los humanos se han especializado en desarrollar proteínas sensibles a la luz. En humanos, estas proteínas residen en la retina, lo que nos permite ver. En las plantas se llaman fitocromos, y se localizan principalmente en el núcleo, que sirve de control maestro de las actividades de la célula.

La fotosíntesis

El proceso de fotosíntesis, que convierte el dióxido de carbono en azúcar y aumenta el crecimiento de las plantas, comienza cuando la luz incide en los fitocromos del núcleo. El núcleo ha de enviar después un comando a un subórgano llamado plasto, para que se transforme a sí mismo en un cloroplasto, que fabrica el pigmento verde clorofila.

“El núcleo es el gobierno central de la célula, mientras que el plasto es el gobierno local”, afirma el investigador de Riverside Meng Chen, profesor asociado de biología celular, cuyo laboratorio es uno de los pocos en el mundo centrados en las comunicaciones de los fitocromos. “Hasta ahora, no sabíamos cómo el núcleo enviaba la señal de ‘volverse verde’ a los plastos, provocando que estos activen sus genes relacionados con la fotosíntesis”.

La forma en la que el equipo de Chen llegó a la respuesta se detalla en dos artículos publicados hoy en la revista Nature Communications.

¿Qué genes controlan el proceso?

Históricamente, parte del reto había consistido en identificar cuáles de los 25.000 genes del núcleo son responsables de regular el proceso de enverdecimiento de la célula. Para encontrar los reguladores, Chen y su equipo razonaron que los mismos genes deberían controlar no sólo el enverdecimiento de la planta, sino otros procesos, como la altura.

“El regulador que estábamos buscando debería controlar ambas cosas, la altura y el color”, comenta Chen.

Tomaron una pequeña planta con flores y crearon químicamente versiones de ella incapaces de fabricar cloroplastos, incluso cuando estuvieran expuestos a la luz. A continuación, buscaron mutaciones albinas y altas. Por suerte, el equipo de Chen descubrió que había creado algunos mutantes con ambas cualidades.

Al comparar el ADN de la planta salvaje con el de la planta mutada pudieron identificar dos genes responsables de la regulación del color.

“Las plantas que no tenían alguno de esos genes fallaban a la hora de responder a la luz, y eran altas y albinas”, comenta el coautor del estudio Chan Yul Yoo, biólogo molecular de la universidad y autor principal de ambos artículos publicados.

Un proceso relacionado con el cáncer en humanos

Comprender el control maestro del desarrollo del cloroplasto podría tener profundas implicaciones en las nuevas tecnologías para mejorar los rendimientos de los cultivos y ayudar a las plantas a enfrentar el cambio climático. Pero los beneficios de este descubrimiento no se limitan a las plantas. El laboratorio de Chen está financiado por los Institutos Nacionales de la Salud de EEUU debido a las implicaciones de este trabajo en la investigación del cáncer.

La mitocondria, el generador de energía de las células en las plantas animales y vegetales, juegan un papel en el cáncer porque están envueltas en la programación de la muerte celular. Las comunicaciones entre el núcleo de una célula y la mitocondria son análogas a las que existen entre el núcleo de las células en las plantas y los cloroplastos.

“Descubrir la vía de comunicación núcleo-cloroplasto en las plantas podría proporcionar nuevos conocimientos sobre la expresión génica en células humanas y su regulación errónea en los cánceres“, espera Chen.

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