Los conductores moleculares ayudan a las plantas a responder a la sequía

Los conductores moleculares ayudan a las plantas a responder a la sequía

Los científicos de Salk encuentran actores clave en la respuesta compleja de las plantas al estrés, ofreciendo pistas para hacer frente a condiciones más secas

LA JOLLA—Podemos saber cuándo las plantas necesitan agua: sus hojas se caen y comienzan a verse secas. Pero, ¿qué está pasando a nivel molecular?

Los científicos del Instituto Salk han dado un gran paso adelante al responder esa pregunta, que podría ser fundamental para ayudar a la agricultura a adaptarse a la sequía y otros factores estresantes relacionados con el clima.

La nueva investigación sugiere que frente a las dificultades ambientales, las plantas emplean un pequeño grupo de proteínas que actúan como conductores para gestionar sus complejas respuestas al estrés. Los resultados, que se detallan en la edición del 3 de noviembre de Ciencia:, puede ayudar en el desarrollo de nuevas tecnologías para optimizar el uso del agua en las plantas.

"La respuesta de una planta a un estresor es un proceso muy complejo a nivel molecular, con cientos de genes involucrados", dice el autor principal. José Ecker, investigador del Instituto Médico Howard Hughes, profesor y director del Laboratorio de Análisis Genómico de Salk y titular de la Cátedra de Genética del Consejo Internacional de Salk. “Hemos descubierto conductores clave en esta sinfonía molecular, que pueden ofrecer pistas para ayudar a las plantas a tolerar mejor los factores estresantes como la sequía frente al cambio climático. Si puedes controlar uno de estos conductores, controlas todos los genes que siguen su ejemplo”.

La respuesta de una planta al estrés puede determinar si sobrevive y prospera o si sucumbe a una amenaza. Así como los humanos tenemos hormonas como la adrenalina que nos ayudan a hacer frente a las amenazas, las plantas tienen algunas hormonas clave que les permiten responder a los factores estresantes de su entorno. Uno de ellos es el ácido abscísico (ABA), una hormona vegetal involucrada en el desarrollo de semillas y la optimización del agua.

Cuando el agua escasea o la salinidad es alta, las raíces y las hojas producen ABA. Aunque se sabe que la hormona afecta la respuesta al estrés de una planta, los científicos saben muy poco sobre lo que sucede a nivel mundial después de su liberación.

"Solo unas pocas docenas de proteínas reguladoras dictan la expresión de cientos, si no miles de genes", dice Liang Song, investigador asociado en el Laboratorio de Biología Vegetal de Salk y primer autor del artículo. "Al comprender cuáles son esos reguladores maestros y cómo funcionan, podemos comprender mejor y potencialmente modular la respuesta al estrés".

En su estudio, el equipo de Salk rastreó los cambios en tiempo real en la actividad genética de las plantas en respuesta a ABA e identificó un puñado de estas proteínas maestras que gobiernan las respuestas a una amplia gama de factores estresantes externos, incluida la sequía. Usando una técnica que mapea dónde se unen estas proteínas reguladoras al ADN, el equipo definió los factores clave que coordinan la expresión génica, lo que permite una respuesta celular eficiente a las condiciones cambiantes.

El equipo de Salk se centró en las proteínas reguladoras candidatas conocidas por responder a ABA. Expusieron plántulas de 3 días de edad de la planta de referencia. Arabidopsis thaliana al ácido abscísico y se comprobó la expresión génica en puntos de tiempo regulares durante 60 horas.

En el proceso, acumularon 122 conjuntos de datos que involucraban 33,602 genes, 3,061 de los cuales se expresaron en diferentes niveles durante al menos un punto de tiempo. El análisis de los datos reveló una jerarquía de control, con algunas proteínas reguladoras clasificadas como principales contribuyentes a la expresión génica. Curiosamente, una instantánea de los patrones de unión de proteínas en un momento determinado puede explicar en gran medida la expresión génica durante un largo período de tiempo. Juntas, estas dinámicas sugieren una respuesta coordinada de todo el genoma a los desencadenantes ambientales.

“Con esta vista de red, podemos ver que algunos de estos componentes están dirigidos por las mismas proteínas reguladoras maestras, lo que sugiere un control genético preciso y coordinado”, dice Song. "Esto podría ser importante para fines agrícolas porque la regulación de un gen podría, a su vez, estimular o suprimir otro conjunto completo de genes, lo que permitiría un diseño integral de intervenciones".

Los resultados reflejan los de un estudio realizado en 2013 por el laboratorio Ecker sobre la hormona vegetal etileno, lo que sugiere que tal control coordinado y jerárquico de la actividad genética puede ser común a las plantas con flores.

Otros autores del artículo incluyen: Shao-shan Carol Huang, Rosa Castanon, Joseph R. Nery, Huaming Chen, Marina Watanabe y Jerushah Thomas del Salk Institute; y Aaron Wise y Ziv Bar-Joseph de Carnegie Mellon University.

El trabajo fue financiado por la Instituto Médico Howard Hughes, la Fundación Gordon y Betty Moore (GBMF 3034), el Fundación Nacional de Ciencias (MCB-1024999 y DBI-1356505), el Los Institutos Nacionales de Salud (U01 HL122626-01) y por una beca posdoctoral Salk Pioneer. Song también cuenta con el apoyo de un premio Salk Women & Science.