El arroz (Oryza sativa L.) es el alimento básico de más de la mitad de la población mundial.
Con base en modelos matemáticos, se estima que la producción mundial de cereales tiene una pérdida de rendimiento del 6% al 7% por cada aumento de 1°C en la temperatura media estacional asociada con desastres de calor extremo.
En el siglo pasado, la temperatura mínima diaria durante la noche aumentó más que la temperatura máxima diaria durante el día. Los cultivos, como el arroz , tienen diferente sensibilidad al estrés por calor entre el día y la noche y entre las diferentes variedades. Sin embargo, sigue siendo difícil determinar cómo se adquiere esta diferencia diurna en la termotolerancia en las plantas.
El reloj circadiano es un sistema de control ubicuo que permite a las plantas coordinar su crecimiento y desarrollo con señales diurnas y nocturnas; sin embargo, los factores que proporcionan resistencia temporal de manera diurna esperan ser descubiertos.
Chuang Yang y un equipo de la Universidad de Zhejiang descubrieron que dos proteínas de arroz ricas en glicina con motivos de reconocimiento de ARN, OsGRP3 y OsGRP162, se expresan rítmicamente y son inducidas por calor durante la noche, y dicha inducción rítmica por estrés térmico a medianoche depende en gran medida de OsELF3- 2, uno de los componentes de la CE.
El estudio, dirigido por el Prof. Jian-Xiang Liu (Laboratorio Estatal Clave de Resiliencia Ambiental de las Plantas, Facultad de Ciencias de la Vida, Universidad de Zhejiang), se publica en la revista Science Bulletin .
Para examinar si la CE puede reprimir la actividad promotora de OsGRP3/OsGRP162, el equipo llevó a cabo ensayos de efector-informador. Los resultados respaldan que la inducción diurna de OsGRP3/OsGRP162 por estrés térmico se debe a la reducción diurna de la actividad de EC en condiciones de alta temperatura.
Para explorar la función biológica de OsGRP3/OsGRP162 en la tolerancia al estrés por calor en el arroz, el equipo generó varios alelos de mutantes dobles editados genéticamente de OsGRP3/OsGRP162 y llevó a cabo ensayos fenotípicos tanto en la etapa de plántula como en la de reproducción.
Las tasas de supervivencia y las tasas de formación de semillas de los mutantes dobles se redujeron mucho en comparación con las de las plantas de control de tipo salvaje después del tratamiento con estrés por calor. Estos resultados respaldan que OsGRP3 y OsGRP162 son necesarios para la tolerancia al estrés por calor en el arroz.
Posteriormente, el equipo comprobó la termotolerancia en el tipo salvaje y en el doble mutante de OsGRP3/OsGRP162 en la etapa reproductiva, cuando se producía estrés por calor entre el día y la noche.
Los resultados mostraron que la tasa de formación de semillas y el peso del grano de los mutantes dobles se redujeron más por el estrés por calor cuando el estrés por calor ocurrió durante la noche que durante el día. Así, OsGRP3/OsGRP162 participan en la regulación diurna de la termotolerancia en el arroz.
Para investigar más a fondo el mecanismo de termotolerancia conferido por OsGRP3/OsGRP162, el equipo llevó a cabo un análisis de secuencia de ARN. Tras el estrés por calor, el doble mutante de OsGRP3/OsGRP162 mostró una expresión globalmente reducida de genes que responden al estrés por calor y un mayor empalme alternativo de ARNm dominado por la omisión de exones.
Múltiples resultados experimentales demostraron que OsGRP3/OsGRP162 se unen directamente a los ARNm diana y participan en el empalme alternativo mediante la interacción con los factores espliceosómicos U1/U2.
En total, el equipo demostró el importante papel de OsGRP3/OsGRP162 en la tolerancia al calor del arroz y reveló que OsGRP3/OsGRP162 regulan la termotolerancia mediante el control del empalme alternativo del ARNm de manera diurna.
Dado que el crecimiento de las plantas y la producción de rendimiento están constantemente sujetos a tensiones ambientales día y noche en condiciones naturales, este estudio arroja luz sobre cómo el reloj circadiano regula la termotolerancia diurna en las plantas.
Más información: Chuang Yang et al, Regulación diurna del empalme alternativo asociado con la termotolerancia en arroz por dos proteínas de unión a ARN ricas en glicina, Science Bulletin (2023). DOI: 10.1016/j.scib.2023.11.046
