Durante décadas, los científicos se han quedado perplejos ante las señales que las plantas se envían a sí mismas para iniciar la fotosíntesis, el proceso de convertir la luz solar en azúcares. Los investigadores de UC Riverside ahora han decodificado esas señales previamente opacas.
por Jules Bernstein, Universidad de California – Riverside
Durante medio siglo, los botánicos han sabido que el centro de comando de una célula vegetal, el núcleo , envía instrucciones a otras partes de la célula, obligándolas a avanzar con la fotosíntesis . Estas instrucciones vienen en forma de proteínas, y sin ellas, las plantas no se volverán verdes ni crecerán.
«Nuestro desafío fue que el núcleo codifica cientos de proteínas que contienen bloques de construcción para los orgánulos más pequeños. Determinar cuáles son la señal para que desencadenen la fotosíntesis fue como encontrar agujas en un pajar», dijo el profesor de botánica de la UCR, Meng Chen.
El proceso que usaron los científicos en el laboratorio de Chen para encontrar cuatro de estas proteínas ahora está documentado en un artículo de Nature Communications .
Previamente, el equipo de Chen demostró que ciertas proteínas en los núcleos de las plantas son activadas por la luz, iniciando la fotosíntesis. Estas cuatro proteínas recién identificadas son parte de esa reacción, enviando una señal que transforma pequeños órganos en cloroplastos, que generan azúcares que alimentan el crecimiento.
Chen compara todo el proceso de fotosíntesis con una sinfonía.
«Los conductores de la sinfonía son proteínas en el núcleo llamadas fotorreceptores que responden a la luz. Mostramos en este artículo que los fotorreceptores sensibles a la luz roja y azul inician la sinfonía. Activan genes que codifican los componentes básicos de la fotosíntesis».
La situación singular, en este caso, es que la sinfonía se interpreta en dos «salas» de la celda, tanto por músicos locales (núcleo) como remotos. Como tal, los conductores (fotorreceptores), que están presentes solo en el núcleo, deben enviar a los músicos remotos algunos mensajes a distancia. Este último paso está controlado por las cuatro proteínas recién descubiertas que viajan desde el núcleo hasta los cloroplastos.
Este trabajo fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud, con la esperanza de que ayude a encontrar una cura para el cáncer. Esta esperanza se basa en las similitudes entre los cloroplastos de las células vegetales y las mitocondrias de las células humanas . Ambos orgánulos generan combustible para el crecimiento y ambos albergan material genético.
Actualmente, muchas investigaciones describen la comunicación desde los orgánulos hasta el núcleo. Si algo anda mal con los orgánulos, enviarán señales al «cuartel general» del núcleo. Se sabe mucho menos sobre las señales reguladoras de la actividad enviadas desde el núcleo a los orgánulos.
«El núcleo puede controlar la expresión de los genes mitocondriales y del cloroplasto de manera similar», dijo Chen. «Entonces, los principios que aprendemos de la vía de comunicación del núcleo al cloroplasto podrían mejorar nuestra comprensión de cómo el núcleo regula los genes mitocondriales y su disfunción en el cáncer», dijo Chen.
La importancia de comprender cómo se controla la fotosíntesis tiene aplicaciones más allá de la investigación de enfermedades. Los asentamientos humanos en otro planeta probablemente requerirían agricultura de interior y la creación de un esquema ligero para aumentar los rendimientos en ese entorno. Aún más inmediato, el cambio climático plantea desafíos para los productores de cultivos en este planeta.
«La razón por la que podemos sobrevivir en este planeta es porque los organismos como las plantas pueden hacer la fotosíntesis. Sin ellos, no hay animales, incluidos los humanos», dijo Chen. «Una comprensión completa y la capacidad de manipular el crecimiento de las plantas es vital para la seguridad alimentaria».
Más información: Youra Hwang et al, La señalización anterógrada controla la transcripción de plástidos a través de factores sigma por separado de los genes de la fotosíntesis nuclear, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-35080-0
