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El camino de una planta a su comida favorita

El camino de una planta a su comida favorita
La imagen muestra las diferencias en la longitud de las células, el contenido relativo de auxina y la localización del transportador de auxina PIN2 entre archivos de células vecinas en la punta de la raíz de Arabidopsis suplementado con amonio frente a nitrato. Crédito: Krisztina Ötvös / IST Austria

por el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria


El nitrógeno es uno de los nutrientes más esenciales para las plantas. Su disponibilidad en el suelo juega un papel importante en el crecimiento y desarrollo de las plantas, lo que afecta la productividad agrícola. 


Los científicos del IST Austria ahora pudieron mostrar cómo las plantas ajustan el crecimiento de sus raíces a diferentes fuentes de nitrógeno. En un nuevo estudio publicado en The EMBO Journal , brindan información sobre las vías moleculares de adaptación de las raíces.

Como cualquier otra planta, Arabidopsis thaliana o berro de oreja de ratón, necesita nitrógeno para sobrevivir y prosperar. Pero, como el maíz, los frijoles y la remolacha azucarera, prefiere el nitrógeno en forma de nitrato y crece mejor en suelos ricos en nitratos. Mientras que el pino y el arroz, por ejemplo, crecen preferentemente a base de amonio, otra forma del macronutriente clave nitrógeno. Si la concentración o la disponibilidad de las diferentes formas de nitrógeno fluctúan, las plantas deben adaptarse rápidamente. «Una de las preguntas más importantes es, ¿cuál es el papel de las hormonas vegetales en la adaptación a la disponibilidad de nitrógeno? ¿Cómo afrontan las maquinarias de una planta su entorno cambiante?» pregunta Eva Benková, bióloga del desarrollo y profesora del Instituto de Ciencia y Tecnología (IST) de Austria.

Encontrar el equilibrio

En busca de respuestas, Krisztina Ötvös, becaria postdoctoral en el equipo de investigación de Eva Benková, junto con colegas de la Universidad Politécnica de Madrid, la Pontificia Universidad Católica de Chile, el Instituto Austriaco de Tecnología y la Universidad de Montpellier, miraron dos extremos : Compararon cómo reaccionaron las plántulas de Arabidopsis que se cultivaron exclusivamente con amonio, una vez que los científicos las transfirieron a medios que contenían amonio o nitrato.

Si una planta vive en un suelo subóptimo, intenta mantener el crecimiento de sus raíces el mayor tiempo posible para alcanzar una forma de nitrógeno más adecuada. Los principales procesos que mantienen el crecimiento de las raíces son la proliferación celular.en el meristemo, un tejido vegetal que consta de células indiferenciadas, y la expansión celular. La planta debe encontrar un buen equilibrio entre estos dos. Provisto de amonio, la forma de nitrógeno que Arabidopsis no gusta tanto, la zona meristemática del berro produce menos células. En cambio, se alargaron muy rápidamente. «Una vez que trasladamos las plantas al nitrato, de repente el meristemo se hizo más grande, se produjeron más células y hubo una cinética diferente en la expansión celular», dice Benková. «Ahora Arabidopsis podría permitirse poner más energía en la división celular y optimizar el crecimiento de sus raíces de manera diferente».

Controlar el flujo hormonal

El nivel de auxina determina si la planta invierte en la proliferación celular o en el alargamiento celular. Esta hormona vegetal es esencial para todos los procesos de desarrollo. Se transporta de una forma muy controlada de una célula a otra mediante transportadores especiales de auxinas. Las proteínas que controlan el transporte de auxina fuera de las células, las llamadas portadoras de eflujo, regulan el flujo de auxina según el lado de la célula en el que se encuentren. Benková y su equipo estaban especialmente interesados ​​en el transportador de auxina PIN2, que media el flujo de auxina en la punta de la raíz. Los investigadores pudieron identificar al PIN2 como el factor principal para establecer el equilibrio entre la división celular y el alargamiento celular. «Observamos que una vez que movimos las plantas sobre el nitrato, la localización de PIN2 cambia. Por lo tanto, cambia la distribución de auxina «.

La actividad de PIN2, por otro lado, se ve afectada por su estado de fosforilación. «Lo que realmente nos sorprendió fue que una modificación, la fosforilación de una proteína tan grande como un vehículo de salida, puede tener un impacto tan importante en el comportamiento de las raíces», agrega Benková. Además, el aminoácido de PIN2 que es el objetivo de la fosforilación, está presente en muchas especies de plantas diferentes, lo que sugiere que PIN2 podría estar implicado universalmente en otras estrategias de adaptación de especies de plantas a las fuentes de nitrógeno cambiantes . En un siguiente paso, los investigadores quieren comprender la maquinaria que controla el cambio del estado de fosforilación.

Una mirada muy de cerca

«El presente estudio es el resultado de la aportación de muchas personas diferentes, desde biólogos celulares e informáticos hasta personas que trabajan en microscopía avanzada. Realmente es un enfoque multidisciplinario», enfatiza Eva Benková. Para observar de cerca los procesos dentro de las raíces de Arabidopsis, por ejemplo, los biólogos utilizaron un microscopio confocal vertical, una herramienta especialmente adaptada en el IST Austria para satisfacer las necesidades de los investigadores. En lugar de una platina horizontal, el microscopio utiliza una vertical, lo que le permite observar el crecimiento de la planta de la forma en que lo hace de forma natural, a lo largo del factor de gravedad. Con su alta resolución, Benková y su equipo pudieron observar cómo las células dentro de las raíces de Arabidopsis se estaban dividiendo y expandiendo en tiempo real. En un proyecto anterior, los investigadores de IST Austria ganaron el concurso de videos Small World in Motion de Nikon, que muestra el seguimiento en vivo de una punta de raíz en crecimiento de Arabidopsis thaliana bajo el microscopio.


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