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Las plantas comienzan su día más rápido de lo que pensamos

Las plantas comienzan su día más rápido de lo que pensamos
Una representación gráfica de la red completa de regulación genética de la madrugada. Los genes que regulan al menos un objetivo aguas abajo son de color azul oscuro, mientras que otros genes están codificados por colores según el período de tiempo en el que tienen expresión máxima. Crédito: Daphne Ezer

Para describir algo como lento y aburrido, decimos que es «como ver crecer la hierba», pero los científicos que estudian la actividad de las plantas en las primeras horas de la mañana han descubierto que comienzan rápidamente el día, a los pocos minutos del amanecer.


por la Universidad de Cambridge


Así como la salida del sol estimula el coro de los pájaros al amanecer , también la salida del sol estimula una explosión de actividad en las plantas .

La madrugada es un momento importante para las plantas. La llegada de la luz al comienzo del día juega un papel vital en la coordinación de los procesos de crecimiento de las plantas y es la señal principal que mantiene el reloj interno de las plantas al ritmo de los ciclos día-noche.

Este reloj circadiano interno ayuda a las plantas a prepararse para el día, por ejemplo, cuándo aprovechar al máximo la luz solar, cuál es el mejor momento para abrir las flores para los polinizadores y liberar el polen y cuándo prepararse para responder a las condiciones de sequía.

Hay un pico de actividad genética a la hora del amanecer; muchos de estos genes codifican factores de transcripción, proteínas que regulan la expresión de una serie de genes posteriores, con funciones relacionadas con la luz, el estrés y las hormonas del crecimiento, pero no se conocen los detalles de cómo se controla este pico.

Investigadores del Laboratorio Sainsbury de la Universidad de Cambridge (SLCU) y la Universidad de York se propusieron investigar este estallido de actividad para comprender mejor lo que sucede a nivel genético tomando muestras del berro, Arabidopsis thaliana, cada dos minutos desde el amanecer para medir la actividad genética. .

Las plantas comienzan su día más rápido de lo que pensamos
Los fotorreceptores de fitocromo y criptocromo controlan la señalización de la luz al amanecer a través de factores de transcripción BBX y HY5: (A) Descripción general de las relaciones reguladoras entre los factores de transcripción HY5 y BBX en las primeras horas de la mañana y (B) bordes confirmados de la subred reguladora de genes que involucra a BBX31 y HY5 . Crédito: Martin Balcerowicz

«Nos propusimos caracterizar la dinámica de la ‘explosión del amanecer’ con más detalle, centrándonos en la expresión de los genes de los factores de transcripción. Encontramos tres ondas de expresión génica distintas dentro de las dos horas posteriores al amanecer. La primera de ellas ocurre solo 16 minutos después del amanecer y dura solo 8 minutos «. dijo el Dr. Martin Balcerowicz, investigador de SLCU y primer autor de la investigación publicada en Molecular Plant .

«Se sabe que muchos de estos genes son sensibles a la luz y la temperatura, pero queríamos averiguar específicamente cómo se coordina la transcripción de estos genes. La interferencia en la señalización de los fotorreceptores, el reloj circadiano y las señales de luz derivadas del cloroplasto causaron problemas en algunos genes. ‘expresión, pero había una gran proporción de genes que aún no se veían afectados. Esto nos indicó que algunas de las vías ascendentes son redundantes y que hay reguladores adicionales en juego «.

El equipo integró sus datos con los datos de unión del ADN y el factor de transcripción ya publicados e identificó una red reguladora de genes al amanecer, con dos reguladores clave de la señalización luminosa, HY5 y BBX31, en su núcleo. Se sabe que estos factores de transcripción controlan conjuntamente la de-etiolación, que es el cambio de desarrollo que experimenta una plántula cuando emerge del suelo, experimenta la luz por primera vez y comienza a reverdecer y desplegar sus hojas. Parece que estos genes también juegan un papel central durante la transición de la oscuridad a la luz al amanecer.

«De hecho, múltiples genes BBX forman parte del amanecer junto con BBX31, HY5 y su homólogo HYH», dice el Dr. Balcerowicz. «Estos genes incluyen reguladores tanto positivos como negativos de la respuesta a la luz. Descubrimos que actúan aguas abajo de los fotorreceptores de fitocromo y criptocromo para controlar un subconjunto inducido por la luz de genes de explosión del amanecer, con HY5 y BBX31 teniendo funciones en gran parte antagónicas. Esta observación refuerza la idea de que los genes HY5 y BBX actúan en concierto para ajustar las respuestas a la luz en el contexto del ciclo día-noche «.

La Dra. Daphne Ezer, profesora de Biología Computacional en la Universidad de York y autora principal del estudio, investiga las interacciones gen-ambiente a través del análisis de redes de genes. «Al estudiar las redes de genes, podemos interpretar cómo las plantas integran las señales de luz y temperatura temprano en la mañana para sincronizar el reloj circadiano. Tomados en conjunto, nuestros resultados muestran que la señalización de fitocromos y criptocromos es necesaria para ajustar la respuesta transcripcional del amanecer a la luz, pero vías separadas pueden activar de forma robusta gran parte del programa en su ausencia «.

«Caracterizar el pico que vemos en la expresión genética que resulta del inicio de la luz es útil para ayudarnos a comprender cómo las plantas responden a la luz y, en particular, para los cultivos que se cultivan bajo iluminación artificial, cómo este amanecer impacta a más largo plazo en el crecimiento. «



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