Cómo activar la respuesta de las plantas a la luz y produzcan más

Plántulas de Arabidopsis de crecimiento oscuro (izquierda) y de crecimiento claro (derecha). - MENG CHEN/UCR

   MADRID, 6 Oct. (EUROPA PRESS) -

   Los científicos han descubierto cómo las plantas responden a la luz y pueden activar este interruptor genético para estimular la producción de alimentos.

   El descubrimiento podría ayudar a aumentar el suministro de alimentos para una población en expansión con oportunidades reducidas para la agricultura. La investigación sobre este cambio genético, dirigida por UC Riverside, se ha publicado ahora en la revista Nature Communications.

   Casi todos los aspectos del crecimiento y desarrollo de las plantas están influenciados por la luz. Las plantas pueden sentir la luz, así como la temperatura, con una proteína llamada fitocromo B. Esta proteína transmite información de luz a la célula que cambia la expresión de los genomas, alterando el crecimiento de la planta. Sin embargo, el fitocromo B no puede interactuar directamente con el ADN de la planta. Para eso, las células vegetales se basan en una familia de ocho proteínas llamadas PIF.

   "La actividad de estos PIF está directamente controlada por el fitocromo", dijo en un comunicado el autor principal del estudio y profesor de botánica de la UCR, Meng Chen. Además de controlar la cantidad de PIF que se acumulan en las células vegetales, los científicos han aprendido que cuando el fitocromo B es activado por la luz, inhibe la actividad de los PIF.

   "Los PIFS son como chefs en un restaurante. Puedes regular el número de ellos. Deshazte de la mitad, por ejemplo, y reducirás la productividad del restaurante ", explicó Chen. "Alternativamente, podría quedarse con todos los chefs, en nuestro caso, PIF, pero atarles las manos. Eso también podría ralentizar su trabajo al igual que deshacerse de la mitad de ellos. Eso es lo que estamos diciendo ".

   Los científicos también encontraron otro componente clave de la respuesta a la luz de las plantas. Los PIF tienen dos partes; una parte que se une a los genes y otra que activa los genes, que le dicen a la planta que realice diferentes funciones como crecer o florecer. Este estudio encontró la ubicación precisa de estas regiones activadoras, la primera vez que se hace esto en células vegetales.

   Para encontrar esta región de activación, el equipo de Chen cortó la proteína en muchos trozos pequeños. Luego, examinaron si alguna de las piezas era capaz de activar genes y encontraron que una de ellas lo era. Para obtener más detalles, los científicos cambiaron los aminoácidos en un PIF, donde creían que residía la región activadora, y observaron cómo respondía la planta. Esto les permitió estar seguros de dónde se encuentra la región del activador del gen y cómo se construye.

   "Este enfoque nos permitió reconocer sorprendentemente las similitudes entre esta parte del PIF en las plantas y una proteína supresora de tumores en los seres humanos", dijo Chen. De hecho, los mecanismos básicos de activación de genes en células vegetales, de levadura y animales tienen similitudes notables entre sí.

   "Las plantas, los animales y los hongos (como la levadura de panadería) evolucionaron a partir de un ancestro común", dijo Chen. "La información genética en el ADN se convierte en ARN en proteína, y esa función básica se conserva a través de estos activadores de genes en tres reinos de la vida, antes de que las plantas, los animales y los hongos divergieran".

   Una de las principales razones para estudiar estas funciones celulares es manipularlas. En este caso, el descubrimiento podría permitir a los científicos encender y apagar los genes relacionados con la luz y la temperatura para beneficiar a los productores de cultivos.

   Parte de la estrategia para aumentar el rendimiento de los cultivos es cultivar más plantas por acre de tierra. Actualmente, si coloca cultivos demasiado juntos, las plantas pueden "ver" a los vecinos en competencia a través de su sombra. Entonces las plantas usarán más energía para crecer más altas hacia la luz, pero no necesariamente para maximizar el crecimiento de las hojas y la producción de semillas.

   Alternativamente, si las plantas pueden ignorar a sus vecinas y concentrarse en la producción de hojas y semillas en lugar de crecer más, los productores pueden aumentar el rendimiento en la misma superficie.

   "No quieres que solo crezcan los tallos, quieres rendimiento", dijo Chen. "Para eso, las plantas necesitan energía para producir hojas, de modo que puedan aumentar la fotosíntesis, el proceso de producir alimento a partir de la luz solar. Quieres que crezca la parte correcta de la planta ".

El grupo de Chen demostró que al reducir la actividad de las proteínas PIF, podrían ralentizar el crecimiento del tallo. Así, este estudio descubrió una forma precisa de hacer que las plantas crezcan más cortas, de modo que las semillas, los frutos y las porciones comestibles de la planta puedan crecer, incluso a la sombra.

   "Ahora sabemos cómo las plantas activan y desactivan los genes en respuesta a los cambios de luz y temperatura", dijo Chen. "Es el primer paso para controlar sus respuestas a la luz y la temperatura, y hacerlos más tolerantes a diferentes entornos, a veces desafiantes, en un clima cambiante".