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Los científicos identifican una proteína que activa la respuesta de las plantas a la deficiencia de nitrógeno

Los científicos identifican una proteína que activa la respuesta de las plantas a la deficiencia de nitrógeno
Las regiones azules de esta planta contienen la proteína CEPH, que activa la proteína transportadora de nitrato NRT2.1 en respuesta a la deficiencia de nitrógeno Crédito: Yoshikatsu Matsubayashi

Los nitratos son fundamentales para el crecimiento de las plantas, por lo que las plantas han desarrollado mecanismos sofisticados para garantizar una absorción suficiente de nitratos de sus entornos. 


por la Universidad de Nagoya


En un nuevo estudio publicado en la revista Nature Plants , investigadores de la Universidad de Nagoya, Japón, identificaron una enzima vegetal que es clave para activar un mecanismo de absorción de nitratos en respuesta a la falta de nitrógeno. Este hallazgo explica cómo las plantas satisfacen sus necesidades en entornos desafiantes, abriendo puertas para mejorar la agricultura en dichos entornos.

Cuando los niveles de nitrato son abundantes en el entorno de una planta, una planta puede alcanzar niveles adecuados de absorción de nitrato confiando en lo que los biólogos de plantas llaman un «sistema de transporte de baja afinidad». Pero cuando los nitratos escasean en el entorno local de una planta, es posible que sea necesario cambiar a un mecanismo de absorción de nitratos más potente conocido como «sistema de transporte de alta afinidad». En las plantas de Arabidopsis , que con frecuencia sirven como organismos modelo para la investigación en biología vegetal, la proteína NRT2.1 juega un papel importante en el sistema de transporte de alta afinidad. Curiosamente, cuando las plantas de Arabidopsis sintetizan la proteína NRT2.1, inicialmente producen una proteína inactiva que luego puede activarse cuando se necesita el sistema de transporte de alta afinidad.

Esta síntesis de una proteína que no funciona y que luego puede activarse intrigó al Dr. Yoshikatsu Matsubayashi de la Universidad de Nagoya, pero ve cierta lógica en esta síntesis de proteínas preparatoria; él señala, «Las proteínas no se pueden sintetizar cuando ocurre la deficiencia de nitrógeno». En otras palabras, las plantas necesitan sintetizar las proteínas en un sistema de transporte de alta afinidad antes de que una deficiencia de nitrógeno requiera el uso de esas proteínas, porque la deficiencia de nitrógeno en sí misma dificulta la síntesis de nuevas proteínas. Para comprender mejor este notable sistema, el Dr. Matsubayashi y sus colegas se propusieron identificar la proteína que activa NRT2.1 en respuesta a la falta de nitrógeno.

Estudios anteriores habían demostrado que un péptido llamado CEP que se encuentra en las raíces de las plantas juega un papel importante en la activación de las vías bioquímicas que responden a la falta de nitrógeno, por lo que los investigadores centraron su investigación en el CEP y su vía CEPD aguas abajo. Sus experimentos pronto llamaron su atención sobre una proteína llamada At4g32950. Los investigadores encontraron que esta proteína responde a la falta de nitrógeno activando la proteína NRT2.1. Logra esta activación eliminando un grupo fosfato de una ubicación específica en la proteína NRT2.1, por lo que los investigadores decidieron darle a la proteína At4g32950 un nuevo nombre: fosfatasa inducida por CEPD, o «CEPH» para abreviar.

El CEPH se encuentra principalmente en las células cercanas a la superficie de las raíces de la planta Arabidopsis, que es una ubicación óptima para activar un sistema que evolucionó para una rápida absorción de nitratos del medio ambiente. Como se esperaba, el uso de métodos de laboratorio para inactivar el gen que codifica CEPH afectó la capacidad de las plantas de Arabidopsis para usar el sistema de transporte de alta afinidad para una rápida absorción de nitratos, y esto significó que las plantas modificadas tenían niveles internos de nitrato más bajos y crecieron a tamaños más pequeños.

En conjunto, estos resultados indican que CEPH juega un papel crítico en la respuesta a la falta de nitrógeno a través de su activación de la proteína NRT2.1 . El Dr. Matsubayashi ve una utilidad potencial considerable en CEPH como una herramienta de ingeniería genética, como señala, «La mejora artificial de la actividad de CEPH podría permitir a los científicos crear plantas que crecen incluso en suelos con bajos niveles de nutrientes». Estos hallazgos podrían cambiar la forma en que se manejan la agricultura y la seguridad alimentaria.



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