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Revelando el mecanismo por el cual la luz regula el tiempo de floración del arroz



La luz afecta a la mayoría de los organismos. En las plantas, muchos comportamientos y funciones están determinados por la duración de los ciclos de luz y oscuridad, incluida la floración. 


por Instituto de Tecnología Química y Biológica António Xavier da Universidade NOVA de Lisboa ITQB NOVA


En la más reciente publicación de The Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ), un equipo de investigadores que reúne al Instituto de Tecnología Química y Biológica António Xavier da Universidade NOVA de Lisboa (ITQB NOVA), el Instituto Leibniz de Vegetales y Ornamental Crops (IGZ) y el Instituto de Bioquímica y Biología y la Universidad de Postdam, aclara el papel del fotoperíodo y los componentes del reloj circadiano que regulan el tiempo de floración del arroz.

El reloj circadiano, presente en la mayoría de los seres vivos, es el mecanismo interno que permite al organismo anticiparse a los cambios ambientales diarios, asegurando su correcto funcionamiento. en las plantas, el reloj circadiano y las señales de luz dan como resultado el fotoperiodismo, la respuesta fisiológica a la duración de los períodos de luz que influye en el tiempo de floración, entre otras funciones. El fotoperiodismo varía entre especies. Mientras que la planta modelo Arabidopsis thaliana necesita noches cortas para florecer, el arroz requiere noches largas. Este nuevo estudio revela que, en el arroz, es el fitocromo B, un receptor de luz, el que hace la conexión entre la luz y el Evening Complex, regulando así el tiempo de floración. En las plantas, el Evening Complex es un componente del reloj circadiano y consiste en un grupo de proteínas que están activas durante el período nocturno y que regulan las proteínas vinculadas a la floración.

Los investigadores descubrieron que, cuando se activa con la luz, el fitocromo B inactiva una de las proteínas del complejo vespertino: la FLORACIÓN TEMPRANA 3-1 (ELF3-1). Esta alteración da lugar a la expresión de genes que reprimen la floración, culminando en la floración tardía. El equipo también demostró que los mutantes del fitocromo B tienen la proteína ELF3-1 siempre activa durante el día y la noche, y estas plantas florecieron mucho antes. “Cuando tenemos un período de oscuridad más largo (noches largas), hay una mayor acumulación de la proteína activa ELF3-1, que solo aparece por la noche, y esto desencadenará la floración”, explica Nelson Saibo, líder del equipo de ITQB NOVA.

Además, el estudio también solidifica el papel crucial que juega Evening Complex en la floración. Mediante la técnica de ingeniería genética CRISPR/Cas9, los investigadores estudiaron variantes de arroz con proteínas Evening Complex inactivas, incluidas ELF3-1, pero también ELF3-2 y LUX ARRHYTHMO (LUX). «Las plantas que carecían de los componentes del Evening Complex nunca florecieron, independientemente de la duración de los períodos de luz, lo que llevó a la conclusión de que la actividad de este complejo es esencial para inducir la floración en el arroz», explica el primer autor Luís Andrade, ITQB NOVA Ph.D. alumno.

«Este estudio muestra cómo una vía principal, que controla la floración de millones de plantas de arroz y, en última instancia, es una fuente clave de nutrición para miles de millones de personas en todo el mundo, en realidad está controlada por un número notablemente pequeño de genes reguladores maestros, y cómo estamos comenzando a comprender estos procesos clave a nivel molecular. La forma en que las plantas se adaptan al medio ambiente es una pregunta importante, particularmente durante una era de cambio climático que ya está alterando el comportamiento de floración de las plantas», comenta la Dra. Katja Jaeger, autora principal del IGZ en Alemania.

El próximo paso es comprender la conexión entre estos cambios en los componentes del reloj circadiano y los diferentes tiempos de floración observados entre las numerosas variedades de arroz. «Eso permitirá, de una manera más específica, adaptar las diferentes variedades de arroz y sus tiempos de floración a ciertas condiciones ambientales o regiones», dice el investigador Nelson Saibo.

La aplicación en el campo también es uno de los principales enfoques para el futuro, ya que la floración está directamente relacionada con la productividad. «Al controlar el ciclo de vida del arroz , podemos reducir potencialmente los riesgos para el cultivo de arroz «, dice Luís Andrade. La manipulación del tiempo de floración permite una mejor conciliación entre el período de cultivo y las condiciones ambientales , protegiendo a las plantas de situaciones potencialmente dañinas, como el frío durante las etapas iniciales o la sequía y el calor durante las etapas finales de crecimiento, culminando en un probable aumento de rendir.


Más información: Luis Andrade et al, El complejo vespertino integra señales de fotoperíodo para controlar la floración en arroz, 

Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2022). DOI: 10.1073/pnas.2122582119



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