Agricultura Botánica y Genética España

Pequeña proteína que sincroniza los relojes circadianos en brotes y raíces


Hace cinco años, los investigadores del Centro de Investigación en Genómica Agrícola (CRAG) dirigido por la profesora de investigación del CSIC Paloma Mas hicieron el descubrimiento revolucionario de que los relojes circadianos en la punta de crecimiento de los brotes de las plantas…….


por el Centro de Investigación en Genómica Agrícola


Hace cinco años, los investigadores del Centro de Investigación en Genómica Agrícola (CRAG) dirigido por la profesora de investigación del CSIC Paloma Mas hicieron el descubrimiento revolucionario de que los relojes circadianos en la punta de crecimiento de los brotes de las plantas funcionan de manera similar a los relojes en el cerebro de mamífero, que en ambos casos puede sincronizar los ritmos diarios de las células en los órganos distales. 

A partir de ese hallazgo seminal, los investigadores de plantas han estado ansiosos por descubrir la molécula mensajera que podría viajar desde el brote hasta la raíz para orquestar los ritmos. La respuesta ha sido publicada en Nature Plants por el equipo de Paloma Mas y sus colaboradores de Japón, el Reino Unido y los EE. UU. Han identificado una pequeña proteína esencial de reloj llamada ELF4 como el mensajero requerido. Además, a través de una serie de ingeniosos experimentos, los investigadores descubrieron que el movimiento de esta molécula es sensible a la temperatura ambiente.

El reloj circadiano se guía por la actividad de las proteínas.

La mayoría de los organismos vivos, incluidos los humanos y las plantas , tienen un reloj biológico interno que les permite anticipar y adaptarse a los cambios ambientales producidos por el ciclo terrestre de 24 horas. En las plantas, este reloj biológico circadiano es crucial para establecer el tiempo de germinación, crecimiento y floración, entre otros procesos. El reloj circadiano está formado por un conjunto de proteínas celulares cuya cantidad y actividad oscilan diariamente. Los investigadores que descubrieron este mecanismo fueron galardonados con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 2017.

Cada célula vegetal contiene un reloj circadiano, es decir, toda la maquinaria necesaria para adaptar sus respuestas al ciclo de 24 horas. Sin embargo, como los investigadores del CRAG publicaron en un artículo seminal en Cell (2015), las plantas, como mamíferos, tienen un reloj circadiano maestro, que sincroniza los relojes periféricos dispersos por toda la planta. La profesora del CSIC, Paloma Mas, explica: «Sabíamos que había una señal circadiana que se mueve de los brotes a las raíces, pero no sabíamos sobre la naturaleza de esta señal. Podría haber sido hormonas, productos fotosintéticos … Ahora, tenemos descubrió que es una proteína central del reloj circadiano que se mueve a través de la vasculatura de la planta «.

Los investigadores diseñaron experimentos de injerto con la planta modelo Arabidopsis thaliana, conectando diferentes brotes en varias raíces en las que el reloj no funcionaba correctamente. Estos experimentos les permitieron identificar la proteína del reloj ELF4, un acrónimo que explica «EARLY FLOWERING 4» como el mensajero que se mueve de los brotes a las raíces para transmitir información circadiana.

Descubierto una pequeña proteína que sincroniza los relojes circadianos en brotes y raíces.
Arabidopsis thaliana plantas que crecen en los invernaderos de CRAG. Crédito: José Casanova-CRAG

ELF4 entrega información de temperatura a las raíces

Cualquiera que haya experimentado el jet lag, sabe que el reloj biológico circadiano es capaz de restablecerse a sí mismo mediante señales de luz ambiental, lo que permite que el cuerpo se adapte a la nueva zona horaria en pocos días. De la misma manera que el reloj circadiano puede sincronizarse con la luz ambiental, también puede integrar información sobre la temperatura ambiente .

Para discernir si la proteína ELF4 estaba transmitiendo a las raíces información sobre los cambios de luz o temperatura, los dos reguladores principales del reloj circadiano , los investigadores probaron el movimiento ELF4 en diferentes condiciones ambientales. Descubrieron que a temperaturas más bajas (12 ° C), se favoreció la movilidad ELF4 de los brotes a las raíces, lo que resultó en un reloj de raíz de ritmo lento. En cambio, cuando los experimentos se realizaron a temperaturas más altas (28 ° C), observaron menos movimiento de ELF4, lo que condujo a un reloj raíz más rápido. Este mecanismo recientemente descrito podría proporcionar una ventaja para una respuesta óptima de la raíz a las variaciones de temperatura .

Conocimiento para vivir en un mundo que cambia el clima.

La investigación podría tener un impacto en el futuro cercano. «El cambio climático y las temperaturas más altas asociadas están causando sequías, lo que ya está afectando la productividad de los cultivos en la agricultura. Conocer los genes y proteínas que las plantas usan para adaptar su fisiología a las condiciones ambientales nos permitirá diseñar cultivos mejor adaptados, lo cual será clave para garantizar la seguridad alimentaria «, explica la investigadora del CRAG, Paloma Mas.


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