Molécula vegetal ignorada en realidad un tesoro

Molécula vegetal ignorada en realidad un tesoro

Los investigadores de Salk descubren que una molécula vegetal que alguna vez se consideró un callejón sin salida biológico ahora ofrece nuevas pistas para el desarrollo de plantas más resistentes.

LA JOLLA—Los mejores químicos naturales que existen no son científicos, son plantas. Las plantas han seguido desarrollando una rica paleta de pequeños químicos y receptores naturales desde que comenzaron a habitar la tierra hace aproximadamente 450 millones de años.

Ahora, una investigación realizada por científicos del Instituto Salk, publicada el 11 de agosto de 2016 en la revista Celular revela un papel inesperado para una molécula pequeña, a menudo pasada por alto, llamada ácido fásico, que históricamente se ha presentado como un subproducto inactivo en las plantas, una especie de callejón sin salida metabólico. Los nuevos hallazgos sugieren que el ácido fásico y sus receptores probablemente coevolucionaron para volverse cruciales para la resistencia a la sequía y otros rasgos de supervivencia y pueden informar el desarrollo de cultivos nuevos y más resistentes que pueden resistir los desastres naturales provocados por el cambio climático.

"Hubo algunos indicios de que el ácido fásico no era solo un espectador inactivo, sino una hormona vegetal con un papel importante", dice el investigador principal del estudio. jose noel, titular de la Cátedra Arthur and Julie Woodrow y profesor en el Centro Jack H. Skirball de Biología Química y Proteómica en Salk. "Pero ahora, mediante el uso de una variedad de enfoques biológicos de vanguardia, hemos demostrado de manera más convincente que el ácido fásico probablemente sea importante para la supervivencia".

El ácido fásico ha vivido durante mucho tiempo a la sombra de su precursor, el ácido abscísico o ABA, que es un gran problema en la investigación de plantas. ABA es una hormona vegetal que está presente en todas las plantas terrestres y es clave para responder al estrés ambiental y a los patógenos, en particular alertando a la planta sobre condiciones de sequía. ABA también es conocido por su conexión con las cosas buenas de las frutas y verduras: los carotenoides, como el betacaroteno y el licopeno.

Al igual que todas las moléculas naturales pequeñas, el ABA se produce a través de intrincadas vías metabólicas que transforman bloques de construcción simples basados ​​en carbono en sustancias químicas naturales estructuralmente complejas que, en conjunto, transmiten una cantidad sustancial de información. Algunas plantas están equipadas con más de un puñado de receptores para ABA, cada uno de los cuales lleva a cabo varias funciones en la planta. Pero, paradójicamente, por su papel como regulador maestro, el propio ABA parecía tener la misma preferencia por todos sus receptores, lo que no sería ideal para el control preciso de la función de la planta.

En el nuevo estudio, el equipo de Noel usó una planta comúnmente estudiada llamada Arabidopsis thaliana y obtuvieron variedades que carecían de la enzima que procesa el ácido fásico, acumulando en efecto grandes cantidades de ácido fásico.

Para sorpresa del grupo, las plantas mostraron cambios en el momento de la germinación de las semillas y sobrevivieron sin agua durante un período de tiempo más largo. "Esto nos sugirió que tal vez deberíamos pensar en el ácido fásico no como un producto de degradación inactivo, sino como una molécula que tenía su propia capacidad para causar cambios como otras hormonas vegetales", dice Noel.

Los científicos llevaron a cabo una serie de estudios que apuntan al papel del ácido fásico como hormona vegetal, mostrando, por ejemplo, que la adición de ácido fásico a plántulas normales provocó cambios en la expresión de numerosos genes específicos, especialmente genes que codifican enzimas metabólicas, que se superponían pero también distintos de los activados por ABA.

Además, utilizando una técnica de imágenes de alta resolución llamada cristalografía de rayos X, el grupo mostró que el ácido fásico se unía a los receptores de ABA, lo que consolidaba la evidencia de que los receptores de ABA pueden detectar más que solo ABA.

El nuevo estudio sugiere de manera más amplia que podría haber una mayor complejidad oculta en la forma en que los organismos utilizan pequeños productos químicos para generar una variedad de respuestas diferentes. La evolución bien puede haber reutilizado otros llamados productos finales del metabolismo, dice Noel.

El primer autor del estudio, Jing-Ke Weng, anteriormente investigador postdoctoral en el laboratorio de Noel, ha establecido un grupo de investigación independiente dentro del Instituto Whitehead de Investigación Biomédica y el Departamento de Biología del Instituto Tecnológico de Massachusetts que continuará explorando los productos químicos de las plantas con roles previamente no apreciados. . “Esperamos descubrir y comprender la complejidad de las hormonas, sus metabolitos y su interacción colectiva con los receptores en varias plantas”, dice Weng.

El equipo de Noel estudiará el papel de las hormonas en las raíces de las plantas. Hay evidencia de que el ácido fásico y el ABA desempeñan un papel en el traslado del carbono de las hojas y los tallos de una planta a sus raíces para protegerlas durante los períodos de sequía, el invierno y los ataques de patógenos en el suelo, dice Noel. "Comprender esta área de la biología vegetal ofrece nuevas formas de pensar sobre cómo podríamos mitigar el cambio climático".

Esta investigación fue apoyada por el Fundación Nacional de Ciencias, la Fundación Pioneer, la Fideicomisos caritativos, la Programa de Becarios Searle y del Instituto Médico Howard Hughes.

Otros autores del estudio son Mingli Ye del Instituto Salk y Bin Li de la Facultad de Medicina de la Universidad de California en San Diego.