La edición del ARN puede desempeñar un papel en la comunicación del cloroplasto al núcleo

La edición del ARN puede desempeñar un papel en la comunicación del cloroplasto al núcleo

Los científicos de Salk descubren un vínculo entre la edición del ARN y la comunicación entre el cloroplasto y el núcleo que podría ayudar a las plantas a adaptarse a un mundo cambiante

LA JOLLA—¿Cómo será un mundo tres grados más cálido? ¿Cómo les irá a las plantas en condiciones climáticas más extremas? Cuando experimentan estrés o daños de diversas fuentes, las plantas utilizan la comunicación entre el cloroplasto y el núcleo para regular la expresión génica y ayudarlas a sobrellevar la situación.

Ahora, los investigadores del Instituto Salk han descubierto que GUN1, un gen que integra numerosas vías de señalización retrógradas del cloroplasto al núcleo, también desempeña un papel importante en la forma en que se producen las proteínas en los cloroplastos dañados, lo que proporciona una nueva perspectiva sobre cómo las plantas responden al estrés. El artículo fue publicado en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNA) el 15 de abril de 2019, y puede ayudar a los biólogos a producir plantas que puedan soportar mejor los factores estresantes ambientales.

“El cambio climático tiene el potencial de afectar dramáticamente nuestro sistema alimentario. Cuando las plantas están estresadas, como en una sequía, producen rendimientos de cultivo más bajos. Si entendemos cómo responden las plantas al estrés, quizás podamos desarrollar una forma de aumentar su resistencia y mantener alta la producción de alimentos”, dice el profesor Salk. joanne chory, director del Laboratorio de Biología Molecular y Celular de Plantas y autor principal del artículo.

En las células vegetales, las estructuras llamadas cloroplastos convierten la energía de la luz solar en energía química (fotosíntesis). Normalmente, el núcleo de la célula transmite información a los cloroplastos para mantener una producción de energía constante. Sin embargo, en un entorno estresante, los cloroplastos envían una alarma al núcleo de la célula mediante señalización retrógrada (creando un bucle de retroalimentación de comunicación entre el cloroplasto y el núcleo). Este SOS provoca una respuesta que ayuda a regular la expresión génica en los cloroplastos y el núcleo para optimizar la producción de energía a partir de la luz solar.

Anteriormente, el laboratorio de Chory identificó un grupo de genes, incluidos PISTOLA1, que influyen en la expresión de otros genes en la célula cuando la planta experimenta estrés. GUN1 se acumula en condiciones de estrés, pero la función molecular exacta de GUN1 ha sido difícil de descifrar hasta ahora.

 "Las plantas a menudo experimentan factores estresantes ambientales, por lo que debe haber una vía de comunicación entre el cloroplasto y el núcleo que ayude a la planta a saber cuándo conservar energía cuando se produce una lesión", dice Xiaobo Zhao, primer autor y becario postdoctoral en el laboratorio de Chory. "GUN1 resulta jugar un papel importante en esto".

Para comprender cómo GUN1 regula la comunicación entre el cloroplasto y el núcleo, los científicos observaron plantas con GUN1 funcional y no funcional bajo tratamientos farmacológicos que podrían dañar los cloroplastos. En plantas sin GUN1, la expresión génica cambió, al igual que la edición de ARN en los cloroplastos. (La edición de ARN es una modificación del ARN que cambia la identidad de los nucleótidos, de modo que la información en el ARN maduro difiere de la definida en el genoma, alterando las instrucciones para producir proteínas). Algunas áreas del ARN tenían más edición y otras ubicaciones tuvo menos edición, lo que sugiere que GUN1 juega un papel en la regulación de la edición del ARN del cloroplasto.

Después de un análisis más profundo, el equipo encontró inesperadamente que GUN1 se asocia con otra proteína, MORF2 (un componente esencial del complejo de edición de ARN de la planta), para afectar la eficiencia de la edición de ARN durante la comunicación del cloroplasto al núcleo en los cloroplastos dañados. Una mayor actividad de MORF2 condujo a cambios de edición generalizados, así como a defectos en el desarrollo de cloroplastos y hojas, incluso en condiciones de crecimiento normales (ver imagen). Durante los períodos de estrés y lesiones, la sobreproducción de MORF2 también provocó la interrupción de la comunicación entre el cloroplasto y el núcleo.

"Tomados en conjunto, estos hallazgos sugieren un posible vínculo entre la comunicación entre el cloroplasto y el núcleo y la edición del ARN del cloroplasto, que son funciones reguladoras importantes para las plantas con flores, especialmente durante el estrés", dice Chory, investigador del Instituto Médico Howard Hughes y titular de la Howard H. y Maryam R. Newman Cátedra de Biología Vegetal.

A continuación, los investigadores planean examinar el mecanismo de cómo los cambios de edición de ARN en los cloroplastos activan señales que pueden transmitirse al núcleo, y cómo estas modificaciones alteran la capacidad de la planta para responder al estrés.

Otros autores incluyeron a Jianyan Huang, becario postdoctoral en el laboratorio de Chory.

El trabajo fue financiado por el Departamento de Energía de EE. UU. (DE-FG02-04ER15540) y el Instituto Médico Howard Hughes.

DOI: X