El descubrimiento puede ayudar a proteger los cultivos de los factores estresantes

El descubrimiento puede ayudar a proteger los cultivos de los factores estresantes

Los hallazgos de Salk de un mecanismo genético clave en la señalización de hormonas vegetales pueden ayudar a salvar los cultivos del estrés y ayudar a abordar el hambre humana

LA JOLLA, CA—Los científicos del Instituto Salk de Estudios Biológicos han descubierto un interruptor genético clave mediante el cual las plantas controlan su respuesta al gas etileno, una hormona vegetal natural mejor conocida por su capacidad para madurar la fruta, pero que, en condiciones de estrés, puede causar hojas marchitas, envejecimiento prematuro y deterioro por maduración excesiva. Los hallazgos, publicados el 30 de agosto en la revista Science, pueden ser la clave para manipular el interruptor de encendido/apagado de etileno de las plantas, lo que les permite equilibrar la resistencia a la sequía y el crecimiento y, por lo tanto, disminuir las pérdidas de cultivos por condiciones de sequía.

“En diferentes condiciones de estrés (inundaciones, sequías, frío, heridas o ataques de patógenos), el etileno le dice a las plantas que se ajusten a estos cambios adversos”, dice el autor principal del estudio. José Ecker, profesor en Salk's Laboratorio de Biología Molecular y Celular de Plantas e investigador del Instituto Médico Howard Hughes-Fundación Gordon y Betty Moore. "Nuestro estudio descubrió un paso clave en la forma en que las plantas 'huelen' el gas etileno, lo que puede conducir a mejores formas de controlar estos procesos en las plantas de cultivo".

Esta imagen de células vegetales muestra EIN2 (rojo), una proteína que permite que las plantas controlen su respuesta al gas etileno, concentrado en el núcleo de la planta (anillado en azul). Los científicos de Salk descubrieron cómo EIN2 permite que las plantas respondan al etileno, que es crucial en la maduración de la fruta y su respuesta al estrés.

Imagen: Cortesía de Hong Qiao, Instituto Salk de Estudios Biológicos

Las plantas perciben, u huelen, el etileno, lo que desencadena una cascada de eventos en sus células. Los sensores de etileno en las células envían una señal al núcleo, el compartimento central que contiene el ADN de las células, que inicia programas genéticos para que la planta pueda hacer cambios de acuerdo con las condiciones que enfrenta. Los científicos, incluido Ecker y su equipo, han identificado las funciones de una serie de reguladores clave en la vía de señalización del etileno, incluida la proteína EIN2 (etileno insensible 2).

La proteína EIN2 se encuentra en el retículo endoplásmico, la parte de la célula que facilita el transporte de proteínas dentro de la célula, y juega un papel fundamental en la señalización del etileno. La función de la proteína, sin embargo, sigue siendo enigmática. A través de una variedad de pruebas sofisticadas, el equipo de Ecker descubrió un mecanismo por el cual se requiere el procesamiento de la proteína EIN2 en el retículo endoplásmico y el movimiento de las moléculas de señalización hacia el núcleo para activar la respuesta del etileno.

Comprender el mecanismo puede conducir a nuevos métodos para ayudar a las plantas a prosperar en condiciones difíciles. Las condiciones de estrés desencadenan varias respuestas negativas en las plantas, que incluyen hojas marchitas y enrolladas, senescencia prematura de las hojas (envejecimiento), eficiencia fotosintética reducida, pérdida de clorofila, polinización deficiente y pérdida de flores, frutos y semillas.

La sequía más severa en 25 años está afectando los cultivos en los Estados Unidos, con el potencial de acabar con los ingresos de los agricultores y aumentar los precios de los alimentos. Los investigadores de plantas están estudiando las condiciones de estrés para mejorar la producción de cultivos, lo que se ha vuelto más urgente a medida que los agricultores de todo el mundo enfrentan problemas climáticos como la sequía y las temperaturas extremas. Frenar la susceptibilidad de los cultivos a ciertos factores estresantes podría permitir mayores rendimientos durante las sequías y posiblemente permitir que los climas más secos respalden cultivos rentables y alimenten a la creciente población mundial.

“Los productores pueden optar por rociar sus plantas con un inhibidor de etileno”, dice Hong Qiao, investigador postdoctoral en el laboratorio de Ecker y primer autor del artículo. “Esto impide que los receptores de etileno de la planta huelan el etileno, lo que tiene un efecto sobre el crecimiento. Sin la vía de respuesta del etileno, un tomate nunca maduraría. Demasiado etileno y el tomate madura demasiado. Por lo tanto, el conocimiento básico del mecanismo preciso por el cual las plantas controlan la respuesta al gas etileno conducirá a mejores formas de controlar estos procesos en las plantas de cultivo”.

Otros investigadores del estudio fueron Shao-shan Carol Huang, Robert J. Schmitz y Mark A. Urich, del Instituto Salk; y Zhouxin Shen y Steven P. Briggs de la Universidad de California, San Diego.

El trabajo fue apoyado por subvenciones de la Fundación Nacional de Ciencias, la Instituto Médico Howard Hughes y del Fundación Gordon y Betty Moore.

Sobre el Instituto Salk de Estudios Biológicos:
El Instituto Salk de Estudios Biológicos es una de las instituciones de investigación básica más importantes del mundo, donde profesores de renombre internacional investigan cuestiones fundamentales de las ciencias de la vida en un entorno único, colaborativo y creativo. Centrados tanto en el descubrimiento como en la orientación de futuras generaciones de investigadores, los científicos de Salk realizan contribuciones innovadoras a nuestra comprensión del cáncer, el envejecimiento, el Alzheimer, la diabetes y las enfermedades infecciosas mediante el estudio de la neurociencia, la genética, la biología celular y vegetal y disciplinas relacionadas.

Los logros de la facultad han sido reconocidos con numerosos honores, incluidos premios Nobel y membresías en la Academia Nacional de Ciencias. Fundado en 1960 por el pionero de la vacuna contra la polio Jonas Salk, MD, el Instituto es una organización independiente sin fines de lucro y un hito arquitectónico.