Agricultura Botánica y Genética Europa

Los científicos descubren un gen que podría ayudarnos a crecer cultivos más rápido


Los científicos de plantas de las Universidades de Cambridge y Burdeos han descubierto un gen que esperan poder usar para ampliar el cuello de botella del tráfico de nutrientes y aumentar potencialmente los rendimientos de los cultivos.


por la Universidad de Cambridge


Los científicos de plantas de todo el mundo están trabajando en una serie de estrategias diferentes para aumentar de forma sostenible los rendimientos de los cultivos. Aumentar la eficiencia de cómo las plantas transportan azúcares, proteínas y otros nutrientes orgánicos entre diferentes partes de la planta es uno de los enfoques que podrían contribuir a esta próxima Revolución Verde.

Comprender los factores que afectan el transporte local y de larga distancia dentro de una planta podría permitir a los biotecnólogos de plantas producir cultivos más productivos en el futuro. En última instancia, podría ser posible dirigir el transporte de nutrientes orgánicos a partes específicas de la planta que se cosechan (semillas, frutas y tubérculos de almacenamiento).

El equipo de investigación del profesor Yrjö Helariutta en el Sainsbury Laboratory Cambridge University (SLCU) y el equipo del Dr. Emmanuelle Bayer en la Universidad de Burdeos / CNRS han acercado este objetivo al descubrir el modulador de descarga Phloem (PLM), un gen novedoso que afecta el tráfico de nutrientes Alterar los canales que conectan las células vegetales vecinas llamadas plasmodesmata . Estos canales revestidos de membrana a nanoescala atraviesan la barrera de la pared celular para unir las células vegetales y permitir la transferencia de sustancias esenciales (véanse las notas).

El estudio, publicado hoy en Nature Plants , muestra que se descubrió que las plantas mutantes de Arabidopsis thaliana que carecen del gen PLM liberan más sustancias del floema (un tejido especializado para el transporte a larga distancia) en las puntas de sus raíces. Usando una proteína fluorescente como un proxy para las macromoléculas, los científicos pudieron ver que el gen PLM estaba teniendo un claro efecto de control sobre la cantidad de descarga de floema. Para descubrir cómo estaba haciendo el gen esto, observaron lo que estaba sucediendo en diferentes interfaces celulares en las raíces de las plantas de plántulas.

El autor principal, el Dr. Dawei Yan, del Laboratorio Sainsbury de Cambridge, explica: «Encontramos que la mutación de PLM alivia el cuello de botella del tráfico, que anteriormente reducía el movimiento de nutrientes del sistema vascular hacia los tejidos de rápido crecimiento en las raíces.

PLM actúa específicamente en la interfaz entre el periciclo del polo del floema (PPP) y las células endodérmicas, una interfaz importante para el movimiento radial de sustancias después de la descarga. Eliminar la actividad del gen PLM podría permitir a las plantas transportar nutrientes de manera más rápida y eficiente a donde se necesitan «.

Como resultado de la mayor descarga, las raíces en las plantas mutantes crecieron más rápido y más largo.

Investigaciones moleculares y genéticas adicionales también revelaron que la PLM participa en la biosíntesis de los esfingolípidos, que son una clase de lípidos asociados con el desarrollo y la respuesta de la planta al medio ambiente. Si bien el equipo del Dr. Bayer había demostrado previamente que las membranas de los plasmodesmos están enriquecidas con esfingolípidos, este es el primer estudio que vincula la función de los esfingolípidos con los plasmodatos.

El siguiente paso fue determinar cómo la PLM estaba afectando la conductividad de célula a célula. El equipo observó si PLM estaba influyendo en la densidad de los plasmodesmata, pero no fue así. El equipo también confirmó que el PLM no estaba modificando la acumulación de callosa, que era el único regulador bien conocido de la permeabilidad de los plasmodesmos.

Segunda autora y doctora. Andrea Paterlini, estudiante del grupo Helariutta, viajó a Francia para trabajar con el Dr. Bayer para ver si el PLM estaba afectando la estructura de los plasmodatos. Utilizaron la tomografía electrónica para crear un mapa tridimensional de los canales a escala nanométrica.

Paterlini dice: «Esto nos permitió detectar alteraciones finas en la arquitectura plasmodésmica. Encontramos proporciones iguales de plasmodesmatos simples y ramificados tanto en las plantas de tipo mutante como en las de tipo salvaje. Sin embargo, las plantas sin PLM solo tuvieron plasmodesmatos tipo I (ver notas) en lugar de los dos tipos normalmente encontrados.

«Los modelos anteriores han asumido que el tamaño del manguito citoplásmico (el espaciado entre el retículo endoplásmico y las membranas plasmáticas en plasmodesmas) se correlacionaría positivamente con la capacidad de transporte. Los resultados de nuestro trabajo lo desafían y muestran que los plasmodomas tipo I son muy estrechos. La manga citoplásmica, en realidad es más conductora que los plasmodesmas tipo II, que tienen una manga citoplásmica abierta «.

El profesor Helariutta dice: «Es probable que la correlación entre la función del gen (biosíntesis de lípidos) y la alteración en la ultraestructura de los plasmodesmos sea el resultado de un defecto en la organización de las ataduras que separan la membrana plasmática del retículo endoplásmico dentro de los plasmodesmas: en la mayoría de los plasmodesmas que carecen de mangas citoplásmicas visibles en las plantas con un gen PLM mutado.

«Todavía hay muchas preguntas nuevas que deben responderse para futuras investigaciones, por ejemplo, cómo y por qué los plasmodesmos que carecen de mangas citoplásmicas tienen mayores tasas de tráfico y cómo el metabolismo de los esfingolípidos se relaciona mecánicamente con la función de la PLM.

«Sin embargo, esta investigación ha mejorado nuestra comprensión de los factores que regulan el transporte de nutrientes de las plantas. Existe una necesidad urgente de desarrollar cultivos con mayor eficiencia de nutrientes, tanto para reducir el uso de fertilizantes como para aumentar el rendimiento de los cultivos. Eventualmente, podremos para utilizar esta información sobre el transporte de nutrientes para repartir más eficientemente los nutrientes entre varios órganos y dirija los nutrientes desde los tallos y las hojas a la fruta y los órganos de almacenamiento «.


Más información: La biosíntesis de esfingolípidos modula la ultraestructura plasmodésica y la descarga de floema, Nature Plants (2019). DOI: 10.1038 / s41477-019-0429-5 , https://www.nature.com/articles/s41477-019-0429-5Información del diario: Plantas naturales.Proporcionado por la Universidad de Cambridge


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