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Los científicos sacuden el acto de equilibrio del metabolismo de las plantas


Salga y la primavera esté en plena floración, desde tulipanes rojos hasta magnolias rosadas y lilas moradas, pero ¿cómo crean las plantas todo ese color? Los atractivos tonos que atraen a los polinizadores y proporcionan hermosos ramos de flores comienzan con la formación de pigmentos conocidos como antocianinas.


por la Universidad Estatal de Michigan


Las antocianinas son parte del plan de comunicación y protección de una planta. Sintetizados por vías metabólicas especializadas , filtran la radiación dañina y los radicales libres que dañan las células del corral. Los científicos saben mucho sobre cómo se ensamblan las antocianinas en el metabolismo central, pero muy poco sobre la etapa final en su viaje metabólico a la vacuola, donde finalmente revelan sus verdaderos colores.

Erich Grotewold, presidente del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de MSU, y Nan Jiang, investigador asociado postdoctoral, diseñaron experimentos para probar la hipótesis de que una enzima de la familia de la glutatión S-transferasa (GST) se encuentra en todas las células eucariotas, incluido el hígado humano. , protege antocianinas durante su viaje desde el retículo endoplásmico a la vacuola.

«El papel del GST en la formación de pigmentos de antocianinas se ha mantenido muy difícil», explicó Grotewold. «Hay buena evidencia de que lo que están haciendo no es modificar químicamente el pigmento, sino más bien adherirse a los pigmentos y ayudarlos a pasar a la vacuola sin degradarse».

Durante el estudio, publicado recientemente en Nature Communications , interceptaron una conexión entre el metabolismo central y especializado de la planta modelo, Arabidopsis thaliana, que puede conducir a una nueva comprensión mecanicista de cómo se coordinan estos dos aspectos del metabolismo de la planta.

Todo comenzó con tt19, un mutante genético de un GST que no acumula pigmentos de antocianina haciendo que la semilla y las plántulas parezcan blancas. Al mutagenizar todo el genoma de tt19, Grotewold y Jiang esperaban identificar un gen mutado involucrado en la degradación de las antocianinas, recuperando así la pigmentación sin la protección potencialmente proporcionada por el GST.

«Si la hipótesis es que este GST se une a las antocianinas y estabiliza el compuesto porque otra enzima quiere venir y catabolizarlo, entonces si eliminamos la enzima catabolizante, el GST ya no debería ser necesario, y el pigmento debería recuperarse, «explicó Grotewold. «Nan diseñó un hermoso ensayo en el que podía examinar decenas de miles de plántulas realmente pequeñas al mismo tiempo para identificar cuáles podrían recuperar la pigmentación».

En términos genéticos, Jiang creó supresores, mutantes que suprimieron el fenotipo mutante tt19 libre de pigmento. Identificó minuciosamente y codificó las plántulas supresoras más pequeñas en plantas adultas cuya progenie era necesaria para todo lo que siguió.

«Transferí plántulas supresoras potenciales a un medio para el crecimiento normal de las plantas para permitirles adaptarse», dijo Jiang, quien pasó por siete generaciones de plantas durante el estudio. «El color púrpura desaparecería lentamente, y las hojas verdes aparecerían con el cloroplasto recuperado después de 10-15 días antes de transferir las plántulas al suelo».

De los miles de plántulas, Jiang identificó y propagó un total de seis supresores. La secuenciación completa del genoma reveló que las seis líneas supresoras no tenían nada que ver con la escolta GST, como habían planteado la hipótesis.

En cambio, todos ellos estuvieron involucrados en la biogénesis de una clase de pequeños ARN interferentes (siRNA) de la vía RDR6-SGS3-DCL4 que ya se sabe que participan en el control de la expresión de cientos de genes.

«Estábamos muy desconcertados porque la abolición de esta vía de siRNA generalmente no conduce a ningún fenotipo importante», explicó Grotewold. «Aquí encontramos seis mutaciones independientes y todas ellas afectaron a este sistema siRNA, la vía RDR6-SGS3-DCL4».

Los investigadores descubrieron que los supresores estaban, de hecho, restaurando niveles parciales de antocianina , pero también estaban produciendo cantidades masivas de otro tipo de flavonoides: los flavonoles. El carbono del metabolismo central estaba siendo empujado hacia la vía especializada, pero esto solo ocurrió cuando las mutaciones tt19 GST y RDR6 existían juntas, razón por la cual el cultivo minucioso de la progenie supresora de Jiang fue tan valioso.

«Lo que creemos que está sucediendo es que, en condiciones normales, los ARNip de metabolismo especializado controlan el metabolismo central como estabilizadores en un avión, ajustándose a vientos pequeños o condiciones de estrés y manteniendo el equilibrio», explicó Grotewold, quien señaló que aún no han investigado cómo es aplicable. a otras plantas y caminos sus hallazgos serán. «Pero cuando hay una disfunción tanto en el metabolismo especializado como en las vías de biogénesis de ARNip, la planta no puede mantenerse equilibrada y surge el caos».

«Este es un hermoso ejemplo de cómo las inversiones en investigación básica pueden conducir a resultados inesperados que abren la puerta a futuras exploraciones», dijo Karen Cone, directora del programa en la División de Biociencias Moleculares y Celulares de NSF que financió el estudio.


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