10 de agosto de 2006
La Jolla, CA – A diferencia de los Tres Mosqueteros que vivían según el lema “Todos para uno, uno para todos”, las hormonas vegetales prefieren hacer lo suyo. Durante años, el debate giró en torno a si las vías activadas por las hormonas vegetales que regulan el crecimiento convergen en un módulo central regulador del crecimiento. Ahora, investigadores del Instituto Salk de Estudios Biológicos cuestionan el modelo de cooperación. Muestran que cada hormona actúa en gran medida de forma independiente en la edición del 11 de agosto de Cell.
El equipo de Salk descubrió que hormonas vegetales específicas a menudo activan factores diferentes en lugar de un objetivo común. "Este resultado fue completamente inesperado porque las hormonas con efectos similares sobre el crecimiento de las plantas parecen actuar sobre conjuntos de genes diferentes", dice el autor principal del estudio. Joanne Chory, Doctora en Filosofía., profesor del Laboratorio de Biología Vegetal e investigador del Instituto Médico Howard Hughes.
Las plantas dependen de hormonas, que actúan como mensajeras químicas para regular todos los aspectos de su biología. El crecimiento, por ejemplo, es estimulado por múltiples hormonas, entre ellas brasinoesteroides, auxinas y giberelinas. El hecho de que estas y varias otras hormonas estimulen el crecimiento de las plantas sugirió a algunos investigadores que eventualmente todas activan los mismos genes promotores del crecimiento.
Para probar esa idea, el equipo de Chory analizó datos derivados de la nueva tecnología de chip genético, en la que muestras de casi todos los genes expresados en una célula se colocan en un pequeño portaobjetos de vidrio conocido como micromatriz y se analizan en diferentes condiciones fisiológicas. Aunque el análisis suena complejo, responde a una pregunta simple: después de la estimulación con siete hormonas de crecimiento diferentes, ¿se activan genes iguales o diferentes?
El modelo de trabajo en equipo predeciría que sí, pero el equipo de Chory descubrió lo contrario. Los coautores principales Jennifer L. Nemhauser, Ph.D., ex becaria postdoctoral en el laboratorio de Chory y ahora profesora asistente en la Universidad de Washington en Seattle, y Fangxin Hong, Ph.D., bioestadístico en el laboratorio de Chory, descubrieron que cada una de las siete hormonas activó en gran medida su propio repertorio de genes diana. "Encontramos sorprendentemente poca superposición", informa Nemhauser.
Los datos de microarrays utilizados por el equipo de Chory se recopilaron como parte de un esfuerzo multinacional conocido como proyecto AtGenExpress que cataloga la expresión genética en la planta modelo. Arabidopsis thaliana, que se ha convertido en el ratón de laboratorio del mundo vegetal. El laboratorio de Detlef Weigel, Ph.D., profesor adjunto en el Laboratorio de Biología Vegetal de Salk y profesor del Instituto Max Plank de Biología del Desarrollo en Tubinga, Alemania, es uno de los proveedores más prolíficos de microarrays. datos para Arabidopsis.
Los participantes en el proyecto envían los resultados del análisis de microarrays de su laboratorio de Arabidopsis genes a una base de datos disponible públicamente, donde los datos son compartidos por colegas que investigan diversas cuestiones biológicas. "Los datos estaban ahí, pero nadie había comparado los efectos de diferentes hormonas de crecimiento sobre la expresión genética", dice Nemhauser.
La cantidad de datos analizados por el grupo Chory fue enorme. La actividad de unos 22,000 genes, cada uno detectado por una media de 15 detectores después del tratamiento con las siete hormonas, se analizó no una vez sino dos veces, lo que dio como resultado aproximadamente 14 millones de puntos de datos. "Dado que nosotros mismos no generamos ninguno de los datos, tuvimos que realizar controles de calidad exhaustivos para extraer información significativa", explica Hong.
El análisis de los investigadores de Salk reveló que sorprendentemente pocos genes eran activados por múltiples hormonas. Y cuando más de una hormona iniciaba un programa similar, como la activación de genes que codifican proteínas llamadas "expansinas" que aflojan las paredes celulares de las plantas para permitir el crecimiento, los investigadores descubrieron que movilizaban diferentes miembros de la familia de genes expansinos.
"El análisis de los datos mostró que es probable que exista un conjunto complejo de interacciones entre los niveles de hormonas", explica Chory, "lo que sugiere que los efectos a largo plazo de todos los tratamientos hormonales representan un 'efecto dominó' que restablece muchos sistemas dentro de la planta. "
La combinación de enfoques biológicos tradicionales con el análisis computacional acercará a los biólogos vegetales a responder la antigua pregunta de cómo crecen las plantas, predicen los investigadores de Salk. “Los microarrays son muy útiles para quienes estudiamos fisiología y desarrollo. Pueden revelar nuevas interacciones, o la falta de ellas, entre procesos biológicos e identificar candidatos a objetivos directos de los factores de transcripción que controlan el desarrollo”, afirma Chory.
El Instituto Salk de Estudios Biológicos en La Jolla, California, es una organización independiente sin fines de lucro dedicada a los descubrimientos fundamentales en las ciencias de la vida, la mejora de la salud humana y la capacitación de futuras generaciones de investigadores. Jonas Salk, MD, cuya vacuna contra la poliomielitis casi erradicó la poliomielitis, una enfermedad paralizante en 1955, inauguró el Instituto en 1965 con un terreno donado por la ciudad de San Diego y el apoyo financiero de March of Dimes.
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