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La degradación de los orgánulos dañados en las células vegetales implica un mecanismo desconocido

La degradación de los orgánulos dañados en las células vegetales implica un mecanismo desconocido
Figura 1: Las mutaciones de los genes de ubiquitinación y autofagia causan graves defectos de crecimiento, como muestran estas fotografías de semillas prematuras en vainas de semillas (de izquierda a derecha: tipo salvaje, mutante de autofagia, mutante de ubiquitinación y mutante doble). Crédito: Centro RIKEN para la ciencia de los recursos sostenibles

Las células vegetales utilizan un mecanismo desconocido para marcar los cloroplastos dañados para su destrucción, han descubierto los biólogos de RIKEN. Este hallazgo podría eventualmente conducir a una agricultura más sostenible a través del uso reducido de fertilizantes.


por RIKEN


Las células evitan que los orgánulos dañados y las proteínas disfuncionales se acumulen descomponiéndolos. Esto también permite reutilizar las moléculas componentes.

Hay dos vías principales de degradación . En el sistema ubiquitina-proteasoma para degradar proteínas, un proceso conocido como ubiquitinación marca las proteínas para su degradación. Otra vía, la autofagia, implica vesículas unidas a la membrana que engullen proteínas u orgánulos dañados y los digieren para su reciclaje.

Los investigadores están interesados ​​en cómo interactúan estas dos vías. En células de mamíferos , la ubiquitinación marca las mitocondrias para su degradación por autofagia. Un equipo dirigido por Masanori Izumi del Centro RIKEN para la Ciencia de los Recursos Sostenibles se propuso descubrir si ocurre un proceso similar en las células vegetales para la autofagia de los cloroplastos, los orgánulos donde se produce la fotosíntesis. Si bien algunas proteínas de cloroplasto están marcadas para degradación por ubiquitinación, no se sabía si este proceso también marca los cloroplastos dañados.

Los investigadores utilizaron una combinación de análisis de mutantes, etiquetado genético y experimentos bioquímicos para evaluar los dos genes de ubiquitinación, PUB4 y SP1, en la degradación del cloroplasto. Descubrieron que la autofagia del cloroplasto no se redujo en el mutante pub4. Asimismo, la autofagia fragmentada de los componentes de los cloroplastos no requirió PUB4. Los mutantes sp1 tuvieron resultados similares. El hecho de que estos genes no sean necesarios para la autofagia del cloroplasto sugiere que el proceso es independiente de la ubiquitinación.

A Izumi no le sorprendieron estos hallazgos. «Sospeché que la ubiquitinación podría no ser necesaria para la autofagia del cloroplasto, porque pensé que un proceso desconocido debería estar relacionado con la inducción de la autofagia del cloroplasto «, dice. Izumi ha iniciado un nuevo proyecto para identificar las moléculas implicadas en este proceso desconocido.

Pero la interacción entre ubiquitinación y autofagia no es tan simple. Cuando el equipo combinó el mutante pub4 con mutaciones de genes de autofagia , encontraron que las plantas tenían fenotipos más severos que los mutantes individuales individualmente (Fig. 1). Las hojas perdieron clorofila más rápidamente y las plantas acumularon niveles más altos de especies reactivas de oxígeno y produjeron menos semillas. Los mutantes dobles también acumularon proteínas ubiquitinadas: las proteínas se estaban marcando para su degradación, pero no se estaban descomponiendo. Finalmente, los mutantes dobles eran más susceptibles a los efectos de la falta de carbono o nitrógeno.

«Esto muestra la importancia de los sistemas de degradación para el crecimiento de las plantas «, dice Izumi. «Si podemos controlar estos sistemas de degradación, podemos mejorar el crecimiento o el reciclaje de nutrientes. Eso podría ayudar a reducir la fertilización en la agricultura, disminuir los costos ambientales y conducir a una producción de cultivos más sostenible».


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