Un mejor trabajo de teñido para raíces—en plantas

Un mejor trabajo de teñido para raíces—en plantas

Los investigadores descubren un tinte químico que revela cómo una hormona vegetal crítica ayuda al crecimiento de las raíces

LA JOLLA—(1 de junio de 2017) Una vez que comenzamos a teñirnos el cabello, nos sorprenderá saber que comenzamos a tener un problema en común con los biólogos de plantas: encontrar el tinte adecuado para nuestras raíces. En el caso de los biólogos, solo se necesita el producto químico adecuado para medir exactamente cómo crecen las raíces de las plantas. Ahora, un investigador del Instituto Salk ha descubierto un tinte fluorescente que, junto con otras técnicas de imagen, revela que el crecimiento de las raíces está más influenciado por una importante hormona vegetal de lo que se pensaba anteriormente.

La obra, que aparece en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias la semana del 29 de mayo de 2017 podría ser útil para muchos tipos de estudios de plantas, así como para comprender mejor la hormona auxina, que es fundamental para el crecimiento y muchos otros procesos críticos de las plantas. Los conocimientos sobre la auxina podrían, por ejemplo, informar la producción de cultivos de crecimiento más rápido o ayudar a mitigar los efectos del cambio climático como la sequía o la floración temprana.

“Hace más de 130 años, Charles Darwin postuló que podría haber una sustancia promotora del crecimiento en las plantas”, dice el profesor asociado. Wolfgang Busch, miembro del Laboratorio de Biología Molecular y Celular de Plantas de Salk y autor principal del nuevo artículo. "Hoy sabemos que esta sustancia es la hormona auxina, y las herramientas científicas modernas finalmente nos permiten investigar profundamente su papel como un importante impulsor de la estructura y el crecimiento de las plantas".

Uno de los misterios de larga data sobre las plantas es cómo crecen, porque la pared celular externa rígida que les da soporte estructural también impide que las células se expandan. Una explicación de trabajo se llama la hipótesis del crecimiento ácido, que dice que la auxina le dice a las células vegetales que bombeen ácido al espacio entre las células y la pared celular circundante para activar las enzimas que aflojan la pared celular. Así como aflojarnos el cinturón después de una gran comida le da espacio a nuestra barriga para expandirse, aflojar la pared celular le da a las células vegetales espacio para crecer. Se ha demostrado que la teoría de la acidificación es bastante precisa para los brotes de las plantas, pero ha sido más difícil de probar para las raíces. Algunos estudios han encontrado que la auxina en realidad estimula la alcalinización (lo opuesto a la acidificación) en las raíces. Una de las complicaciones de comprender esto es que el pH es muy difícil de medir en las raíces.

El equipo dirigido por Salk, que incluía investigadores de la Universidad de Viena Instituto Gregor Mendel de Biología Molecular de Plantas (donde Busch tenía su sede anteriormente), se dispuso a explorar la cuestión de cómo crecen las raíces. Sabían que primero tenían que superar el problema de cómo medir el pH para determinar la acidez. Así que probaron una serie de productos químicos que pensaron que podrían ser buenos tintes sensibles al pH y descubrieron que un producto químico fluorescente (abreviado HPTS) cumplía los requisitos. Las pruebas del equipo confirmaron que el tinte indicaba de manera confiable diferentes niveles de pH en formas que podían visualizarse con un instrumento llamado microscopio confocal de escaneo láser.

Luego se dispusieron a establecer que el pH está, de hecho, correlacionado con el crecimiento celular. Midieron la longitud de las células en las raíces de la maleza. Arabidopsis thaliana (un pariente del repollo) antes y después de sumergir las plántulas de plantas en un medio de crecimiento y verificar su pH. Antes de que las células comenzaran a crecer, el pH era alcalino, durante el crecimiento el pH era ácido y al final del período de crecimiento el pH volvía a su alcalinidad anterior al crecimiento. El equipo descubrió que también podían desencadenar o detener el crecimiento sumergiendo las raíces en líquidos ácidos o alcalinos. Juntos, estos experimentos confirmaron que la acidificación promueve el alargamiento de las células en la raíz.

“Es muy fascinante observar a nivel celular que una característica química simple como el pH es una fuerza impulsora para el alargamiento de las células de la raíz”, dice Elke Barbez, becaria postdoctoral en el Instituto Gregor Mendel y primera autora del artículo.

A continuación, el equipo abordó la cuestión de si la acidificación fue causada por la auxina. Para visualizar la hormona, usaron etiquetas fluorescentes que se unieron a una proteína que se une a la auxina y luego midieron la longitud celular, el pH y los niveles de auxina en plántulas normales, así como en plántulas que no podían producir la hormona o no podían responder correctamente a ella. .

Sus resultados apuntaron a un papel más complejo de la auxina de lo que se pensaba anteriormente: en bajas concentraciones, la auxina, de hecho, provocó la acidificación y el aflojamiento de la pared celular, lo que permitió el crecimiento de las raíces. Pero en altas concentraciones, la auxina desencadenó la alcalinización, lo que inhibió el crecimiento. El efecto inhibidor, sin embargo, solo duró dos horas. El trabajo del equipo ofrece una pista de por qué los estudios anteriores han sido tan confusos o contradictorios: en escalas de tiempo que son demasiado breves, la naturaleza dual ("bifásica") de la auxina no es evidente.

“Estamos entusiasmados con estos resultados no solo porque aclaran la naturaleza compleja de la señalización de las auxinas, sino también porque comprender cómo funciona esta importante hormona vegetal en diferentes escalas de tiempo podría ser de gran importancia para cualquier esfuerzo por aumentar la productividad de los cultivos o mejorar el crecimiento de las raíces como una forma. para proteger a las plantas de la sequía”, agrega Busch.

El trabajo fue financiado por la Academia de Ciencias de Austria a través del Instituto Gregor Mendel.

Otros autores incluyeron a Angelika Gaidora y Thomas Lendl del Instituto Gregor Mendel de Biología Molecular de Plantas; y Kai Dünser de la Universidad de Recursos Naturales y Ciencias de la Vida, Viena, Austria.