Agricultura Botánica y Genética Europa

La proteína del musgo corrige defectos genéticos de otras plantas


Casi todas las plantas terrestres emplean un ejército de editores moleculares que corrigen errores en su información genética. 


por la Universidad de Bonn


Junto con colegas de Hanóver, Ulm y Kioto (Japón), investigadores de la Universidad de Bonn ahora han transferido uno de estos correctores de pruebas del musgo Physcomitrium patens (anteriormente conocido como Physcomitrella patens) a una planta con flores. Sorprendentemente, realiza su trabajo allí tan confiablemente como en el propio musgo. La estrategia podría ser adecuada para investigar con mayor detalle ciertas funciones del metabolismo energético de la planta. También puede ser valioso para desarrollar cultivos más eficientes. El estudio será publicado en la revista The Plant Cell .

Las plantas difieren de los animales en que son capaces de fotosíntesis. Lo hacen en «mini-órganos» especializados (los biólogos hablan de orgánulos), los cloroplastos. Los cloroplastos producen azúcar con la ayuda de la luz solar, que a su vez se usa en otros orgánulos, las mitocondrias, para producir energía.

Tanto los cloroplastos como las mitocondrias tienen su propio material genético. Y en ambos este genoma contiene muchos errores. «Al menos ese es el caso con casi todas las plantas terrestres «, explica la Dra. Mareike Schallenberg-Rüdinger. El investigador encabeza un grupo de investigación junior en la Universidad de Bonn en el Departamento de Evolución Molecular bajo el profesor Volker Knoop. «Tienen que corregir estos errores para que su fuente de alimentación no se colapse».

De hecho, las plantas terrestres hacen lo mismo, y de una manera muy complicada: no corrigen los errores en el genoma mismo. En cambio, corrigen las copias de ARN que la célula hace de estos planos de ADN, que luego utiliza para producir ciertas enzimas, por ejemplo. Entonces, en lugar de corregir el original, solo elimina las inexactitudes posteriores en las copias.

La proteína del musgo corrige defectos genéticos de otras plantas.
(desde la izquierda) Bastian Oldenkott, Prof. Volker Knoop, Dr. Anke Hein y Dr. Mareike Schallenberg-Rüdinger investigan la edición de ARN en plantas evolutivamente distantes. Crédito: © Elena Lesch / Uni Bonn

Funcional a pesar de 400 millones de años de historia evolutiva.

Los correctores moleculares, las llamadas proteínas PPR, son responsables de esto. La mayoría de ellos son especialistas en un solo error en particular en las muchas copias de genes que la célula produce durante todo el día. Estos errores se producen cuando, en el curso de la evolución, se intercambia un determinado componente químico del ADN (una carta, si lo desea, en el plano genético) por otra. Cuando las proteínas PPR encuentran ese intercambio, convierten la letra equivocada en la copia de ARN (la citidina de construcción, abreviado C) en la versión correcta (uridina, abreviada U).

«Ahora hemos tomado un gen para una proteína PPR del musgo Physcomitrium patens y lo hemos transferido a una planta con flores , el berro de thale Arabidopsis thaliana», explica Schallenberg-Rüdinger. «La proteína luego reconoció y corrigió el mismo error allí del cual también fue responsable en el musgo». Esto es sorprendente, ya que hay más de 400 millones de años de historia evolutiva entre Physcomitrium y Arabidopsis. Por lo tanto, las proteínas PPR también pueden diferir significativamente en su estructura.

Por ejemplo, el berro de thale contiene proteínas PPR que pueden identificar errores pero aún requieren una enzima «blanqueada» separada para corregirlos. En contraste, las proteínas PPR del Physcomitrium de musgo realizan ambas tareas simultáneamente. «En estos casos, la transferencia del musgo al berro thale funciona, pero el gen del berro thale permanece inactivo en el musgo», explica Bastian Oldenkott, estudiante de doctorado y autor principal del estudio. La nuez de macadamia apareció en evolución un poco antes que Arabidopsis. Su proteína PPR que se está investigando es más similar a la de Physcomitrium. Una vez introducido en el musgo, por lo tanto, realiza su servicio allí sin ningún problema.

El estudio puede abrir una nueva forma de modificar el material genético de los cloroplastos y las mitocondrias. «Especialmente para las mitocondrias vegetales, esto aún no es posible en absoluto», enfatiza Schallenberg-Rüdinger. Usando genes PPR «de diseño» especiales, por ejemplo, uno podría hacer que ciertas transcripciones del genoma sean inutilizables y probar cómo esto afecta a la planta. En el mediano plazo, esto también puede dar como resultado nuevos hallazgos para el mejoramiento de variedades particularmente de alto rendimiento y alto rendimiento. Primero, sin embargo, los investigadores esperan obtener información sobre la compleja interacción de los genes en el funcionamiento de los cloroplastos y las mitocondrias.

La investigación realizada por los coautores, el profesor Hans-Peter Braun y la Dra. Jennifer Senkler, de la Universidad de Hannover, demuestra que este enfoque realmente puede funcionar. Pudieron aclarar para qué se necesita la proteína PPR del musgo : si falta, la planta ya no puede ensamblar correctamente la maquinaria para la llamada cadena respiratoria en las mitocondrias, que se utiliza para generar energía. El trabajo en el berro thale se llevó a cabo en cooperación con Matthias Burger (Universidad de Ulm) y el Prof. Mizuki Takenaka (Universidad de Kyoto), un buen ejemplo de cooperación internacional exitosa.


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