Los científicos de UC Riverside han avanzado significativamente en la carrera para controlar las respuestas de las plantas a la temperatura en un planeta que se calienta rápidamente. La clave de este avance es el miARN, una molécula casi 200 000 veces más pequeña que el ancho de un cabello humano.
por Jules Bernstein, Universidad de California – Riverside
Con aumentos moderados de temperatura, las plantas crecen más altas para evitar un suelo más caliente y obtener aire más fresco. Un estudio histórico publicado en la revista Nature Communications demuestra que se requiere microARN o miARN para este crecimiento. El estudio también identifica qué moléculas de miARN —entre más de 100 posibilidades— son las esenciales.
«Descubrimos que sin miARN las plantas no crecerán, incluso si elevamos las temperaturas, incluso en presencia de hormonas de crecimiento añadidas», dijo Meng Chen, profesor de botánica de la UCR y coautor del estudio.
El ARN es un ácido nucleico presente en todas las células vivas y su función es actuar como un mensajero que lleva instrucciones del ADN de una célula para crear una variedad de proteínas. El microARN también es necesario para el desarrollo saludable de las células biológicas. Se crea para unirse a un objetivo de ARN específico y evitar que ese objetivo cree lo que fue diseñado para fabricar.
«MiRNA inhibe la producción de su ARN objetivo al inducir una escisión en su objetivo, o al inhibir que su ARN objetivo se traduzca en otra proteína», dijo el profesor de botánica de la UCR y coautor del estudio, Xuemei Chen.
El laboratorio de Xuemei Chen en la UCR ayudó a descubrir miARN en plantas. El laboratorio de Meng Chen identificó previamente los componentes involucrados en las primeras etapas de la sensibilidad a la temperatura de las plantas. Los dos grupos de científicos unieron fuerzas para saber si el miARN, que es tan importante en otras formas de vida , también juega un papel en las respuestas de temperatura de las plantas.
Para esta prueba, los científicos solo observaron leves aumentos de temperatura, de 21 a 27 grados centígrados. Como referencia, la temperatura ambiente promedia alrededor de 20 C. «No observamos las respuestas al estrés. Queríamos estudiar la detección de temperatura sin elevarla a un nivel que mataría a las plantas», dijo Meng Chen.
Los investigadores tomaron Arabidopsis, una pequeña planta con flores relacionada con la mostaza y el repollo, y estudiaron formas mutantes con niveles muy bajos de miARN. Sin el miARN, la Arabidopsis mutante no podría responder al cambio de temperatura creciendo como debería.
Luego hicieron un experimento de genética. «Preguntamos si podíamos hacer mutaciones adicionales en la Arabidopsis mutante deficiente en la producción de miARN y restaurar su capacidad para detectar la temperatura», dijo Xuemei Chen. El segundo experimento funcionó «perfectamente», dijo, y reveló un gen responsable de restaurar los niveles de miARN, así como las capacidades de detección de calor de la planta.
A continuación, el equipo se enfrentó al desafío de buscar el miARN preciso implicado en la respuesta a la temperatura. Arabidopsis fabrica 140 moléculas de miARN. Los científicos asumieron que los niveles de las moléculas responsables aumentarían a medida que lo hicieran las temperaturas, pero no fue así.
Al recordar que el miARN se une y cierra las moléculas de ARN diana, el equipo analizó los niveles de la molécula de ARN diana que eran diferentes en la planta mutante original de Arabidopsis y en la segunda planta mutante que crearon.
«Al observar esto, encontramos que los objetivos de 14 miARN cambiaron y, junto con los objetivos, también encontramos el miARN», dijo Xuemei Chen.
Habiendo identificado las moléculas de miARN correctas, el equipo finalmente reunió una imagen completa de la respuesta a la temperatura. Se trata de dos partes esenciales: moléculas que detectan la temperatura y auxina, una hormona que permite una respuesta a lo que se ha sentido al promover el crecimiento de las plantas.
«Entre el sensor y el respondedor está el miARN. Sin él, las plantas pueden sentir el calor pero no pueden responder a él creciendo. Es un guardián que puede apagar, o permitir, que las plantas se enfrenten a los cambios de temperatura ambiental», dijo Meng Chen. .
Durante sus experimentos, el equipo descubrió que el miARN también es necesario para la respuesta de las plantas a la sombra reflejada de las plantas vecinas.
«Nuestro descubrimiento conectó los puntos entre tres elementos que se encuentran en todas las plantas que son clave para las respuestas de las plantas a sus entornos», dijo Meng Chen. «Esto incluye sensores que monitorean la temperatura y los cambios de luz, hormonas que impulsan el crecimiento de las plantas y miARN que controlan el desarrollo de las plantas».
Los investigadores esperan que sus hallazgos puedan usarse para aumentar el rendimiento de los cultivos a medida que cambia el clima.
«El potencial es que usemos esto para manipular las respuestas de las plantas a la temperatura local y las condiciones de luz y controlar su crecimiento en diversos entornos», dijo Meng Chen.
Más información: MicroRNA156 condiciona la sensibilidad a la auxina para permitir la plasticidad del crecimiento en respuesta a los cambios ambientales en Arabidopsis, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-36774-9
