Agricultura Botánica y Genética Ciencia e Investigación Estados Unidos

Las células vegetales comen sus propias … membranas y gotas de aceite


Los bioquímicos en el Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. Han descubierto dos formas en que la autofagia, o la auto alimentación, controla los niveles de aceites en células vegetales. 


Karen Mcnulty Walsh, Laboratorio Nacional Brookhaven


El estudio, publicado en The Plant Cell el 29 de abril de 2019, describe cómo este proceso de sonido canibalistico en realidad ayuda a las plantas a sobrevivir. También proporciona detalles mecánicos que los científicos podrían aprovechar para que las plantas acumulen más petróleo.

Las plantas generalmente almacenan aceite en sus semillas, por lo tanto, en cantidades limitadas. Tener más aceite almacenado en los tejidos vegetativos (hojas, tallos y raíces) haría que las plantas sean más útiles como cultivos energéticos, explicó Changcheng Xu, el bioquímico Brookhaven que dirigió el estudio. Se podría extraer abundante aceite vegetal y utilizarlo como combustible de biodiesel para conducir automóviles, por ejemplo. O la biomasa rica en petróleo, que contiene más energía que la materia vegetal típica hecha de carbohidratos, podría quemarse para generar electricidad, calentar los edificios y para otras aplicaciones energéticas.

«Si desea aumentar la acumulación de aceite, necesita saber cómo se sintetiza el aceite y comprender la estabilidad del aceite en los tejidos de las plantas», dijo Xu. «Nuestro estudio muestra que la autofagia desempeña dos funciones principales en el balance del aceite: primero, es importante para la biosíntesis de las gotas de lípidos , la forma en que el aceite se almacena en los tejidos vegetativos y otros. También desempeña un papel en la descomposición de esas gotas cuando las plantas Necesito usar el aceite para producir energía «.

Reciclaje a escala celular

Comer una parte de uno mismo puede sonar como una estrategia extraña para sobrevivir. Pero ten en cuenta que este proceso es universal. Ocurre durante el crecimiento normal en células de mamíferos , levaduras y plantas, y se ha demostrado que es masivamente inducible por eventos estresantes como la inanición.

«Pero en lugar del consumo total de un brazo o una pierna, una rama o un tallo, la autofagia es más una forma de reciclaje a escala celular», dijo Xu.

«Todas las células necesitan una forma de deshacerse de los materiales no deseados», explicó. Estos podrían incluir patógenos invasores, productos de desecho tóxicos o incluso «orgánulos» viejos y dañados, esos mini órganos, como las mitocondrias y los cloroplastos, que realizan los trabajos básicos de las células vivas. Las células generalmente envían sus desechos a compartimientos de reciclaje independientes: «vacuolas» en levaduras y células de plantas, o «lisosomas» en mamíferos. En el interior, las enzimas potentes que serían demasiado dañinas para flotar libremente en la célula descomponen los desechos para liberar componentes bioquímicos que pueden reutilizarse para crear nuevas estructuras celulares o para proporcionar energía a la célula.

Las células vegetales comen sus propias ... membranas y gotas de aceite
Changcheng Xu (trasera, izquierda), Linhui Yu y Jilian Fan (sentadas) con plantas de Arabidopsis que usaron para estudiar el papel de la autofagia o «auto comer» en la biosíntesis de aceites y la descomposición de las gotas de lípidos en el Laboratorio Nacional de Brookhaven. Crédito: Laboratorio Nacional Brookhaven

El estudio de Xu reveló que algunos de los bloques de construcción bioquímicos liberados por este proceso normal de reciclaje autofágico son los ácidos grasos que forman las gotas de aceite.

El equipo de Brookhaven utilizó plantas que ya habían modificado para almacenar aceite en gotitas de lípidos en sus hojas . Para rastrear de dónde provenía el petróleo, alimentaron células de estas plantas precursoras de ácidos grasos que se marcaron con una forma radiactiva de carbono. Esta «etiqueta» radioactiva les permitió rastrear el paso de las moléculas marcadas con el tiempo.

Encontraron que los ácidos grasos marcados no se incorporaron directamente en las gotitas de lípidos. En su lugar, primero se convirtieron en parte de las diversas membranas de las células.

«Los lípidos son un componente importante de las membranas celulares, incluidas las membranas que rodean cada orgánulo», dijo Xu. «Nuestro estudio muestra que la autofagia libera las organelas viejas con sus membranas ricas en lípidos a la vacuola para que se degraden, y luego los ácidos grasos marcados liberados de las membranas terminan en el aceite almacenado en las gotas de lípidos».

Otro paso en estos estudios bioquímicos-genéticos confirmó que comer las membranas viejas era importante para acumular el aceite almacenado: la desactivación de los genes necesarios para la autofagia redujo la acumulación de gotitas de lípidos en un 70 por ciento.

Solución a las plantas y quizás a nuestras necesidades energéticas.

Una vez que supieron que la autofagia jugaba un papel importante en la biosíntesis del aceite, los científicos también querían explorar si podían inducir el tipo de autofagia que las levaduras y las células de los mamíferos utilizan para comer gotitas de lípidos cuando están muriendo de hambre. Para matar de hambre a sus plantas, los científicos los colocaron en la oscuridad. Sin luz solar, no hay fotosíntesis para proporcionar energía.

Las células vegetales comen sus propias ... membranas y gotas de aceite
Mediante el etiquetado radioactivo de los productos químicos precursores que las plantas utilizan para producir ácidos grasos y el rastreo de los ácidos grasos marcados con el paso del tiempo, los científicos del Laboratorio Brookhaven descubrieron un papel clave para la autofagia en la biosíntesis de aceites. Los ácidos grasos marcados se incorporaron primero en las membranas de los orgánulos, luego se liberaron por autofagia cuando esas membranas se rompieron. Sólo entonces los ácidos grasos se ensamblaron en aceites para su almacenamiento en gotitas de lípidos. Crédito: Laboratorio Nacional Brookhaven

Para esta parte del estudio, los científicos utilizaron dos marcadores fluorescentes para marcar las gotitas de lípidos (verde) y la membrana que rodea la vacuola (rojo). Rastrearon lo que sucedió utilizando un microscopio confocal en el Centro de Laboratorios de Nanomateriales de Brookhaven, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE.

«Estas imágenes muestran claramente las vacuolas que envuelven gotitas de lípidos enteras «, dijo Xu. Dentro de la vacuola, las enzimas normalmente descomponen las gotitas de lípidos para liberar ácidos grasos para obtener energía, pero los científicos bloquearon esa degradación para que pudieran capturar las imágenes antes de que las gotitas desaparecieran.

«Queríamos capturar la deglución, pero no la digestión», dijo Xu.

Nuevamente, probaron lo que sucedió cuando bloquearon los genes para autofagia.

«Las vacuolas no pueden comer las gotas, por lo que se acumulan en el citoplasma», dijo Xu.

Dejar las gotas de aceite sin digerir en el citoplasma podría ser perjudicial para las plantas que se mueren de hambre en la oscuridad, pero podría sugerir una forma de obtener cultivos de bioenergía para acumular más petróleo.

«Hay muchos más detalles por descubrir acerca de cómo ocurre este proceso», dijo Xu. «Pero si podemos descubrir las señales involucradas, podremos manipular el proceso para que las plantas produzcan y almacenen más ácidos grasos , los componentes principales del biodiesel. Este conocimiento también podría usarse para hacer que las gotitas de aceite sean más estables. o plantas que son más resistentes al estrés. ¡Es un campo de investigación completamente nuevo y emocionante! «


Más información: «Doble función para la autofagia en el metabolismo de los lípidos en la Arabidopsis» , Cell Cell (2019). DOI: 10.1105 / tpc.19.00170 , http://www.plantcell.org/content/early/2019/04/29/tpc.19.00170Información del diario: Célula vegetalProporcionado por el Laboratorio Nacional Brookhaven


Leer más

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *