Investigadores de la Universidad de Nagoya, Japón, han descubierto un mecanismo para el transporte selectivo de azúcar y hormonas en las plantas.
por el Instituto de Biomoléculas Transformativas (ITbM), Universidad de Nagoya
Los resultados también aclaran que el transporte de azúcar es necesario para la fertilidad masculina en las plantas, lo que significa la producción de polen. Los hallazgos fueron publicados en Proceedings of the National Academy of Sciences .
Los transportadores son proteínas que existen en las membranas celulares. Cada transportador se une a un sustrato y lo transporta a través de la membrana celular. Algunos transportadores transportan nutrientes, mientras que otros transportan moléculas que, por ejemplo, ayudan a las células a comunicarse entre sí. Una clase de transportadores que se encuentran tanto en plantas como en animales es el Transportador de Azúcares que Eventualmente se Exportará (SWEET). SWEET distribuye azúcar, como la sacarosa , en las plantas. Una vez que el DULCE se une a la sacarosa, se mueve por la planta, distribuyéndolo para que la planta pueda nutrirse y crecer. Aquí, la sacarosa, que es transportada por el transportador, se denomina sustrato.
Es importante destacar que SWEET tiene más de un sustrato. Por ejemplo, algunos tipos de DULCES en las plantas de Arabidopsis también transportan una hormona llamada giberelina (GA), que controla el crecimiento y la reproducción de las plantas. Estos tipos de SWEET tienen la capacidad de transportar sacarosa y GA, pero no se comprende la relevancia fisiológica de sus respectivas actividades de transporte. Tanto la sacarosa como el GA son esenciales para el crecimiento y desarrollo de las plantas, y cada uno tiene una estructura única.
«Cómo SWEET puede unirse a estas dos estructuras diferentes, y cómo SWEET selecciona para transportar sacarosa o GA, no estaba claro», dijo el Dr. Masayoshi Nakamura, profesor asociado designado en el Instituto de Biomoléculas Transformativas (WPI-ITbM) en la Universidad de Nagoya.
Además, cuando algunos tipos de SWEET mutan en las plantas, la planta se vuelve estéril masculina, lo que significa que no puede producir polen. Sin embargo, las razones de esta esterilidad no estaban claras. Puede deberse a la falta de transporte de sacarosa, a la falta de transporte de GA o a ambos. Para examinar estas preguntas, un equipo de investigación dirigido por el Dr. Nakamura combinó la simulación dinámica molecular con metodologías genéticas clásicas. En sus experimentos, se centraron en un tipo de DULCE llamado SWEET13, que se sabe que transporta tanto sacarosa como GA, y que también es necesario para la fertilidad masculina .
Para comprender cómo la sacarosa y el GA se unen a SWEET y son transportados por este, primero realizaron una técnica llamada simulación dinámica molecular. Esta técnica simuló un acoplamiento entre SWEET13 y sacarosa, y un acoplamiento entre SWEET13 y GA, en función de sus estructuras. Usando estas simulaciones computacionales, los investigadores predijeron aminoácidos en SWEET13 que reconocen sacarosa y GA.
Posteriormente, utilizando cultivos celulares , confirmaron si estos aminoácidos eran necesarios para las actividades de transporte de sacarosa y GA de SWEET13. Un sitio particular de SWEET13 con un aminoácido llamado asparagina y serina fue importante para las actividades de transporte de sacarosa y GA, respectivamente.
A continuación, para esclarecer cómo ocurrió la esterilidad masculina, los investigadores reemplazaron uno de los aminoácidos antes mencionados, generando DULCE que transporta solo sacarosa y DULCE que transporta solo GA. Con SWEET que transporta solo sacarosa pero no GA, la planta produce polen. Sin embargo, con SWEET que transporta solo GA pero no sacarosa, la planta no pudo producir polen. Estos resultados significan que es el transporte de sacarosa de SWEET, no GA, lo que es necesario para la producción de polen.
«Al combinar acoplamiento molecular, simulación de dinámica molecular y metodologías genéticas, probamos con éxito la selectividad de los sustratos [es decir, sacarosa y GA] por separado», dijo el Dr. Nakamura. Además, hay otros transportadores además de SWEET que transportan múltiples sustratos diferentes. «Nuestras metodologías pueden examinar otros transportadores y sustratos, y eso haría avanzar la investigación sobre los transportadores», dijo.
Comprender más sobre el transporte de azúcar y hormonas en las plantas podría conducir a métodos agrícolas mejorados que sean más eficientes y sostenibles que las prácticas actuales.
Más información: Reika Isoda et al, SWEET13 transporte de sacarosa, pero no giberelina, restaura la fertilidad masculina en Arabidopsis sweet13;14, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2022). DOI: 10.1073/pnas.2207558119
