Científicos de Salk descubren cómo crecen las plantas para escapar de la sombra

Científicos de Salk descubren cómo crecen las plantas para escapar de la sombra

Los hallazgos podrían conducir a cultivos de alto rendimiento que recolectan luz de manera más eficiente y hacen un mejor uso de las tierras de cultivo.

LA JOLLA, CA—Por apacibles que parezcan, las plantas son extremadamente competitivas, especialmente cuando se trata de obtener una buena cantidad de luz solar. Ya sea un bosque o una granja, donde crecen las plantas se libra una batalla por los rayos del sol.

El arma principal de una planta en esta lucha es la capacidad de crecer hacia la luz, obteniendo la cantidad justa que necesita y haciendo sombra a su competencia. Ahora, los científicos del Instituto Salk de Estudios Biológicos han determinado con precisión cómo las hojas le dicen a los tallos que crezcan cuando una planta queda atrapada en un lugar sombreado.

En un artículo publicado el 15 de abril en Genes y desarrollo, los investigadores informan que una proteína conocida como factor de interacción del fitocromo 7 (PIF7) sirve como mensajero clave entre los sensores de luz celular de una planta y la producción de auxinas, hormonas que estimulan el crecimiento del tallo.

Imagen: Cortesía del Instituto Salk de Estudios Biológicos

"Sabíamos cómo las hojas percibían la luz y que las auxinas impulsaban el crecimiento, pero no entendíamos el camino que conectaba estos dos sistemas fundamentales", dice joanne chory, profesor y director del Salk's Laboratorio de Biología Vegetal y un investigador del Instituto Médico Howard Hughes. “Ahora que sabemos que PIF7 es el relevo, tenemos una nueva herramienta para desarrollar cultivos que optimicen el espacio de campo y, por lo tanto, produzcan más alimentos o materia prima para biocombustibles y productos químicos biorenovables”.

Las plantas reúnen información sobre su situación de luz, incluso si están rodeadas por otras plantas que roban la luz, a través de moléculas fotosensibles en sus hojas. Estos sensores determinan si una planta está a plena luz del sol oa la sombra de otras plantas, en función de la longitud de onda de la luz roja que incide sobre las hojas.

Si una planta amante del sol, como thale cress (Arabidopsis thaliana), la especie que estudia Chory, se encuentra en un lugar sombreado, los sensores le indicarán a las células del tallo que se alarguen, lo que hará que la planta crezca hacia la luz del sol.

Sin embargo, cuando una planta permanece en la sombra durante un período prolongado, puede florecer antes de tiempo y producir menos semillas en un último esfuerzo para ayudar a que su descendencia se propague a terrenos más soleados. En la agricultura, esta respuesta, conocida como síndrome de evitación de la sombra, da como resultado la pérdida de rendimiento de los cultivos debido a hileras de plantas plantadas muy juntas que bloquean la luz entre sí.

Los científicos sabían que un pigmento que se encuentra en las hojas de las plantas de berro thale, el fitocromo B (PHYB), es excitado tanto por las longitudes de onda rojas de la luz que impulsan la fotosíntesis como por la luz infrarroja cercana que se enriquece en los lugares sombreados. Pero nadie había encontrado un vínculo directo entre esta respuesta a la luz y la respuesta de crecimiento a la sombra impulsada por hormonas.

En su estudio, Chory y sus colegas, incluidos José R. Ecker, profesor del Laboratorio de Biología Molecular y Celular de Plantas de Salk, utilizó análisis bioquímicos y genómicos para identificar a PIF7, como el vínculo molecular clave entre los sensores de luz de una planta y la producción de auxinas.

Demostraron que cuando una planta de berro de thale se coloca a la sombra, se produce una cascada de cambios moleculares en las células de las hojas: el fotorreceptor PHYB provoca cambios químicos en PIF7, que luego activa genes que dirigen a la célula a producir auxina.

“Ya sabíamos que la auxina se produce en las hojas y viaja al tallo para estimular el crecimiento”, dice Chory. "Ahora sabemos cómo la sombra estimula las hojas para que produzcan auxina, y resulta que es un camino notablemente simple para controlar una función tan importante".

Agregó que los hallazgos pueden ofrecer nuevas vías para el desarrollo de cultivos con arquitecturas de tallo más adecuadas para hileras de campos bien plantados, haciéndolos menos propensos al síndrome de evitación de la sombra. Si tienen éxito, tales cultivos producirían mayores rendimientos de alimentos y biocombustibles que las cepas existentes.

Otros autores del artículo incluyen: Lin Li, el primer autor y ex investigador postdoctoral en el laboratorio de Chory; Benjamin J. Cole, Lauren J. Ivans, Ullas V. Pedmale, Hou-Sung Jung y Robert J. Schmitz del Instituto Salk; Karin Ljung, de la Universidad Sueca de Ciencias Agrícolas; y Ghislain Breton, Chris Cowing-Zitron, Steve Kay y Jose Pruneda-Paz de la Universidad de California en San Diego.

La investigación fue apoyada por los Institutos Nacionales de Salud y el Instituto Médico Howard Hughes.

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.