La importancia del magnesio en plantas y animales se conoce desde hace mucho tiempo, pero los detalles de su absorción y transporte en las plantas están en gran medida inexplorados.
por la Universidad Eötvös Loránd
Los resultados recientes de una colaboración internacional dirigida por Cornelia Spetea (Universidad de Gotemburgo), publicados en Frontiers in Plant Science , proporcionan nuevos conocimientos sobre el papel de la absorción de magnesio por las plantas en la fotosíntesis y en la función de los cloroplastos.
Los datos muestran que la actividad de las proteínas transportadoras de magnesio es esencial para el metabolismo de las plantas y el funcionamiento de los cloroplastos , lo que afecta el crecimiento y el rendimiento agrícola.
La deficiencia de magnesio en humanos a menudo se asocia con síntomas desagradables, quizás el más conocido de los cuales son los calambres musculares en las piernas. Esto se debe a que el magnesio es esencial para el funcionamiento de más de 300 enzimas que son responsables de la adecuada actividad del sistema nervioso y los músculos, la síntesis de proteínas, ADN y ARN, y la regulación del azúcar en sangre y la presión arterial.
El magnesio también es un mineral esencial para las plantas, donde es necesario para el funcionamiento de muchas proteínas, incluidas las enzimas implicadas en la fijación fotosintética de carbono en los cloroplastos. Otras funciones de este ion en la fotosíntesis son la incorporación al esqueleto de porfirina del pigmento verde, la clorofila y la participación en la organización de las membranas fotosintéticas (tilacoides). Por tanto, no sorprende que entre el 15 y el 35% del contenido total de magnesio de las plantas se encuentre en los cloroplastos.
A pesar de su importancia, se sabe relativamente poco sobre cómo las plantas absorben y transportan el magnesio a través de sus cuerpos y células. Para el correcto crecimiento y sano desarrollo de nuestros cultivos,
Es importante comprender cómo se transportan los nutrientes esenciales presentes en el suelo desde las raíces hasta el lugar donde se utilizan en las plantas, por ejemplo, al cloroplasto para la fotosíntesis.
Los iones sólo pueden atravesar las membranas mediante canales iónicos y transportadores especiales. Dirigido por Cornelia Spetea, un equipo de investigadores de Suecia, Japón, Hungría, Dinamarca y Estados Unidos investigó cómo el magnesio ingresa al orgánulo fotosintético de la planta, el cloroplasto.
El trabajo publicado recientemente en Frontiers in Plant Science, caracterizó la función de tres proteínas de dos familias distintas previamente identificadas en la planta modelo Arabidopsis thaliana. Estos se denominan liberación de magnesio 8 y 9 (MGR8, MGR9) y transportador de magnesio 10 (MGT10).
Las tres proteínas estudiadas se encuentran en la envoltura del cloroplasto y participan en el transporte de magnesio a través de esta membrana. También se ha demostrado que desempeñan funciones importantes en la regulación de diferentes procesos durante la fotosíntesis. El trabajo también identificó y caracterizó por primera vez una proteína del alga verde unicelular Chlamydomonas reinhardtii, MRS4, que tiene una función similar a la MGT10 descrita en Arabidopsis.
Los análisis sugieren que la proteína MGT10 es un canal iónico de magnesio, mientras que MGR8 y MGR9 son transportadores de magnesio que pueden requerir la presencia de iones de sodio. Este fenómeno es interesante por varias razones: en primer lugar, porque el sodio no es un nutriente esencial para las plantas, por lo que se sabe poco sobre sus mecanismos de transporte dentro de la célula vegetal, y en segundo lugar, porque la presencia de este ion tiene un efecto negativo en la fotosíntesis. entre otras cosas, en plantas que crecen en suelos salinos o de alta salinidad.
“Observamos una disminución evidente en el rendimiento fotosintético de las plantas mutantes que carecen de una o dos de estas proteínas transportadoras de magnesio, lo que subraya la importancia de este elemento en el metabolismo de las plantas”, afirma la profesora Cornelia Spetea de la Universidad de Gotemburgo.
La importancia de la absorción de magnesio por el cloroplasto y el papel de MGT10 en este proceso también queda demostrada por el hecho de que las plantas mutantes que carecen por completo de esta proteína (knock-out) no son viables.
Por lo tanto, en los estudios sólo se pudieron analizar las llamadas plantas mutantes knock-down, en las que la expresión de este gen es menor y, por tanto, tienen una menor cantidad de proteína . Estas plantas mutantes tenían venas de hojas amarillas en lugar de las venas verdes que se observan en las plantas de tipo salvaje . Las venas amarillas de las hojas indican que la formación de clorofila está inhibida en estas regiones.
“Además, se observó una organización particular de tilacoides en las células cercanas a las venas de las hojas. Incluso dentro de la misma célula, había cloroplastos con tilacoides normales, así como algunos con tilacoides organizados en granas grandes (las llamadas macrogranas) y membranas pequeñas. vesículas”, explica Katalin Solymosi, de la Universidad Eötvös Loránd, Hungría, que realizó los análisis microscópicos.
Se necesita más investigación para comprender exactamente por qué hay dos tipos de plastidios organizados de manera diferente dentro de una sola célula.
La coloración amarilla de las nervaduras de las hojas también es típica de determinadas infecciones virales y deficiencias de otros nutrientes esenciales como el hierro. Estos estudios sugieren que también pueden aparecer síntomas similares en caso de un transporte intracelular inadecuado de magnesio, y que la presencia y el funcionamiento adecuado de las proteínas estudiadas es esencial para el metabolismo de las plantas y, por tanto, para la agricultura.
Más información: Emilija Dukic et al, Los transportadores de cloroplasto y magnesio desempeñan funciones esenciales pero diferenciales en el mantenimiento de la homeostasis del magnesio, Frontiers in Plant Science (2023). DOI: 10.3389/fpls.2023.1221436
