Probablemente no pienses mucho en las raíces de las plantas; después de todo, están escondidas bajo tierra. Sin embargo, están cambiando continuamente la forma del mundo. Este proceso ocurre en su jardín, donde las plantas utilizan mecanismos invisibles para su crecimiento interminable.
por Etienne Farcot
Los científicos descubrieron hace unos 15 años que los genes en la punta de la raíz (o más precisamente, el nivel de proteínas producidas a partir de algunos genes) parecen pulsar. Todavía es un misterio, pero investigaciones recientes nos están brindando nuevos conocimientos.
Lo que sí sabemos es que esta oscilación es un mecanismo básico que subyace al crecimiento de las raíces. Si comprendiéramos mejor este proceso, ayudaríamos a los agricultores y científicos a diseñar o elegir las mejores plantas para crecer en diferentes tipos de suelo y clima. Con condiciones climáticas cada vez más extremas, como sequías e inundaciones, que dañan los cultivos en todo el mundo, es más importante que nunca comprender cómo crecen las plantas.
Para comprender realmente cómo crecen las plantas, es necesario observar los procesos que ocurren dentro de las células. Existen numerosas reacciones químicas y cambios en la actividad de los genes que ocurren todo el tiempo dentro de las células.
Algunas de estas reacciones ocurren en respuesta a señales externas, como cambios de luz, temperatura o disponibilidad de nutrientes. Pero muchos son parte del programa de desarrollo de cada planta , codificados en sus genes .
Algunos de estos procesos celulares tienen oscilaciones regulares : algunas familias de moléculas aparecen y desaparecen rítmicamente cada pocas horas. El ejemplo más conocido son los ritmos circadianos , el reloj interno de las plantas y los animales (incluidos los humanos).
Ciclos naturales
Hay muchos otros ejemplos de oscilaciones espontáneas en la naturaleza. Algunos son rápidos, como los latidos del corazón y el ciclo celular mitótico , que es el ciclo de divisiones celulares. Otros, como el ciclo menstrual y la hibernación , son lentos.
En la mayoría de los casos, pueden explicarse por un circuito de retroalimentación negativa subyacente . Aquí es donde un proceso desencadena una serie de eventos, que luego reprimen la misma actividad que desencadenó. Este parece ser el caso de la pulsación del crecimiento de las raíces.
Poco después de que se descubriera la oscilación del gen de la punta de la raíz, los científicos notaron que esta pulsación deja una marca invisible. Lo descubrieron utilizando marcadores fluorescentes visibles al microscopio. Estas marcas se dejan en lugares donde la raíz puede crecer hacia los lados. Esto significa que proporcionan señales regulares que hacen que el sistema de raíces tome forma.
Su causa se desconoce hoy en día, aunque los científicos han descartado las teorías de que pueda deberse a oscilaciones circadianas.
Sabemos que hay muchos circuitos de retroalimentación involucrados. Una hormona vegetal llamada auxina parece ser crucial para el proceso. Despierta algunos genes que codifican proteínas, como las necesarias para el crecimiento. Charles Darwin planteó la hipótesis de la existencia de auxinas y su estructura química fue confirmada hace unos 100 años .
Los genes que oscilan son los “objetivos” de las auxinas. Cuando la auxina ingresa a una célula, estos genes diana tienden a volverse más activos. Algunos de estos genes están relacionados con el crecimiento, pero no todos. La auxina provoca la eliminación de “represores”, proteínas que pueden bloquear la actividad de los genes. Los animales también tienen represores en sus células.
Sin embargo, estos represores son activados por los genes que bloquean. Podría ser que este circuito de retroalimentación desencadene las oscilaciones que vemos, pero no lo sabemos con seguridad.
Sabemos que las auxinas pasan de una célula a otra a través de una intrincada red de proteínas transportadoras . La forma en que las proteínas viajan directamente a partes de las células depende de los niveles circundantes de auxina. Este es otro circuito de retroalimentación . La pulsación ocurre en las raíces en crecimiento, donde las células en la punta se dividen continuamente como resultado del ciclo celular (que involucra circuitos de retroalimentación separados ).
Que enigma
Los científicos suelen recurrir a las matemáticas para ayudar a explicar las cosas. Los investigadores han utilizado la geometría desde la antigüedad para estudiar la parte visible de las plantas. Una rama de las matemáticas desarrollada en el siglo XIX llamada Teoría de Sistemas Dinámicos (DST) ha dado a los científicos cierta claridad sobre por qué oscilan las raíces de las plantas. Los científicos han estado utilizando herramientas de DST para intentar mostrar cómo los patrones de auxinas se ven afectados por las rondas de divisiones celulares.
Si estas rondas de división celular estuvieran bien sincronizadas, podríamos demostrar que, en teoría, esto produciría un pulso regular de auxina.
Pero esto no resuelve el misterio porque las células no suelen dividirse todas al mismo tiempo, por lo que cualquier pulsación de auxina sería bastante irregular.
Cuando mi equipo buscó bajo el microscopio marcadores fluorescentes de auxina, encontramos una falta de regularidad en la auxina en las partes de la raíz donde sus genes diana oscilan regularmente.
Esto sugiere que la oscilación del gen de la punta de la raíz puede estar relacionada con el crecimiento de la raíz, pero no ocurre al mismo tiempo que las células madre de la raíz se dividen.
Aunque sigue siendo un misterio, ahora estamos mejor equipados para descifrar este enigma. La respuesta probablemente no sea un solo proceso, sino el resultado de una interacción entre varios procesos. Conocemos a los actores clave, pero las reglas del juego que juegan aún están por descubrirse.
Este artículo se vuelve a publicar desde The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original .
