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Un estudio pionero: las raíces de las plantas actúan como un taladro

raíces
Crédito: CC0 Public Domain

En un proyecto de investigación interdisciplinario llevado a cabo en la Universidad de Tel Aviv, investigadores de la Facultad de Ciencias Vegetales afiliada a la Facultad de Ciencias de la Vida George S. Wise colaboraron con sus colegas de la Facultad de Medicina Sackler para estudiar el curso del crecimiento de las raíces de las plantas.


por la Universidad de Tel-Aviv


Los investigadores de las plantas contaron con la ayuda de un modelo computacional construido por investigadores del cáncer que estudiaban las células cancerosas, que adaptaron para su uso con las células de las raíces de las plantas.

Los hallazgos fascinantes e innovadores: por primera vez en el mundo, se ha demostrado, con la resolución de una sola celda, que la raíz crece con un movimiento de atornillado, como un taladro que penetra en una pared. A raíz de este estudio, los investigadores del cáncer conjeturan que las células cancerosas también son asistidas por un movimiento en espiral para penetrar el tejido sano en el entorno del tumor o para crear metástasis en varios órganos del cuerpo.

La investigación fue dirigida por el profesor Eilon Shani de la Facultad de Ciencias Vegetales y Seguridad Alimentaria y el profesor Ilan Tsarfaty del Departamento de Microbiología Clínica e Inmunología de la Universidad de Tel Aviv, y se llevó a cabo en colaboración con investigadores de EE. UU., Austria y China. El artículo fue publicado en marzo de 2021 en la aclamada revista Nature Communications .

Los investigadores del grupo del profesor Shani, dirigido por el Dr. Yangjie Hu, utilizaron como modelo la planta conocida como Arabidopsis. Marcaron los núcleos de las células de la raíz con una proteína fluorescente y observaron el proceso de crecimiento y el movimiento de las células en la punta de la raíz a través de un microscopio potente: aproximadamente 1000 células en cada película. Además, para examinar qué causa y controla el movimiento, se centraron en una hormona conocida llamada auxina, que regula el crecimiento de las plantas. Construyeron un sistema genético que permite la activación de la producción de auxinas (como un interruptor) en varios tipos de células seleccionados, y luego monitorearon la influencia del mecanismo de encendido / apagado, en cuatro dimensiones: las tres dimensiones espaciales y la dimensión del tiempo. . Después de cada instancia de biosíntesis de auxina, cada una de las mil células se grabó en video durante un período de 6 a 24 horas, por lo que se acumuló una enorme cantidad de datos.

Análisis de seguimiento de un solo núcleo en respuesta a la inducción de auxina específica del tipo de célula. Rojo: 35S: H2B-RFP (núcleos de marcado). Verde: DR5: VENUS (marcador de respuesta de auxina). Crédito: Universidad de Tel Aviv

Para la siguiente etapa, los investigadores contaron con la ayuda de las herramientas computacionales proporcionadas por el profesor Tsarfaty, que habían sido desarrolladas en su laboratorio con el propósito de monitorear el desarrollo de crecimientos cancerosos. Utilizaron estas herramientas para analizar los datos de imágenes obtenidos en el estudio. Por lo tanto, pudieron, por primera vez, observar con sus propios ojos el movimiento en sacacorchos de la raíz, así como cuantificar y trazar con precisión unos 30 parámetros de crecimiento de raíces relacionados con el tiempo y el espacio, incluida la aceleración, la longitud y los cambios estructura celular, coordinación entre células durante el proceso de crecimiento y velocidad, para cada una de las mil células en la punta de la raíz. Usando reporteros fluorescentes, los hallazgos incluso les permitieron evaluar con precisión el movimiento y la influencia de la auxina en la raíz.

Prof. Shani: «Las plantas presentan desafíos especiales para los investigadores. Por ejemplo, la mitad de la planta (la mitad oculta), es decir, el sistema de raíces, está enterrada bajo tierra. Las herramientas computacionales que se desarrollaron para la investigación del cáncer nos han permitido, por primera vez, para medir y cuantificar con precisión la cinética del crecimiento y revelar los mecanismos que lo controlan en la resolución de una sola célula. Con esto han avanzado significativamente la investigación de plantas, un área de suma importancia para la sociedad, tanto desde un punto de vista punto de vista ambiental y en términos de agricultura y alimentación de la población «.

El profesor Shani agrega: «En el curso de nuestro estudio, descubrimos un fenómeno fascinante que no había sido observado previamente ‘en vivo’: vimos que las células en la punta de la raíz se mueven en un movimiento en espiral, como un taladro que penetra en la tierra. También reconocimos que la hormona auxina controla el proceso de atornillado de la punta de la raíz. Aprendimos y medimos las direcciones del movimiento de la hormona auxina, pasando de una célula a otra en la raíz, con el fin de controlar el crecimiento de la raíz y el movimiento del

sacacorchos. El profesor Tsarfaty agrega: «Esta fue una colaboración sinérgica que benefició e iluminó a ambas partes. En las plantas, los procesos tienen lugar mucho más rápido y, por lo tanto, constituyen un modelo excelente para nosotros. Como consecuencia de los hallazgos proporcionados por este estudio de plantas, estamos actualmente examinando la posibilidad de un movimiento similar a un tornillo en las células cancerosas y en las metástasis, en el curso de su penetración en los tejidos sanos adyacentes «.



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