Arabidopsis thaliana pertenece a la familia de las crucíferas y sirve a los investigadores de todo el mundo como un organismo modelo común que permite análisis comparativamente simples de la información genética y las funciones asociadas con ella.
por la Universidad de Kiel
El genoma de Arabidopsis se secuenció por completo hace unos 20 años. Aunque las plantas se encuentran entre los organismos más intensamente estudiados, continúan revelando componentes previamente desconocidos de la regulación de las plantas. En la Universidad de Kiel, investigadores del Departamento de Genética Botánica y Biología Molecular, dirigidos por el profesor Frank Kempken, están trabajando para descifrar estos procesos.
En un nuevo estudio, los científicos del Instituto Botánico ahora han caracterizado un componente novedoso de esta regulación: anteriormente se pensaba que la gran familia de proteínas PPR vegetales estaba principalmente involucrada en la maduración del ARN en las mitocondrias. Ahora, el equipo de investigación de Kiel ha podido identificar una nueva proteína. Esta proteína en particular es parte de los ribosomas mitocondriales y está involucrada en la biosíntesis de proteínas. Aunque aún se desconoce el mecanismo exacto, los autores pudieron demostrar que la proteína probablemente interfiere con la regulación del crecimiento. Si se apaga artificialmente, Arabidopsis exhibe un crecimiento retrasado y enano, aunque se mantiene la funcionalidad completa de la planta. Los científicos, que también trabajan en el Kiel Plant Center (KPC), publicaron recientemente sus resultados en la revista Scientific Reports..
Proteínas PPR activas en las mitocondrias
La información genética no solo se encuentra en el núcleo celular, sino también en organelos celulares como las mitocondrias. Las proteínas PPR son codificadas por genes en el núcleo celular y transferidas a los ribosomas como el llamado ARN mensajero. Allí finalmente se traducen en proteínas en el curso de la traducción. Las proteínas PPR sintetizadas luego se transportan a la mitocondria, donde participan en el control de una variedad de procesos vitales.
Recientemente, los investigadores han descubierto que el subgrupo de proteínas rPPR se encuentra en los ribosomas mitocondriales. Debido a que las mitocondrias eran originalmente organismos unicelulares autosuficientes al principio de la evolución de la vida, tienen una capacidad de expresión génica independiente. Para comprender mejor la regulación de la información genética en las plantas actuales, los investigadores de la Universidad de Kiel han analizado una proteína rPPR mitocondrial común específica, que está codificada por el llamado gen DWEORG1.
«Encontramos evidencia que sugiere un papel directo de DWEORG1 en la traducción mitocondrial», dijo la Dra. Stefanie Grüttner, investigadora asociada en el grupo de Kempken. «Las plantas con DWEORG1 derribado experimentalmente mostraron una eficiencia de traducción reducida, que también fue evidente por la apariencia significativamente reducida de varias proteínas».
Sin embargo, DWEORG1 no parece desempeñar un papel fundamental en el funcionamiento del organismo en su conjunto, ya que las plantas manipuladas solo mostraron un retraso en el crecimiento y un tamaño general más pequeño. Su forma general y procesos de vida, por otro lado, no se vieron afectados. «Suponemos que DWEORG1 es responsable de una proteína rPPR previamente desconocida que está involucrada en la síntesis de varias proteínas vegetales y, por lo tanto, desempeña una importante función estabilizadora para la expresión génica en las mitocondrias», dice Grüttner.
Posibles enfoques para el fitomejoramiento
Una mejor comprensión de la base genética de la regulación vegetal es de fundamental importancia, por ejemplo, para evaluar la susceptibilidad o resistencia de diferentes plantas al cambio climático y sus respuestas a los cambios asociados en las condiciones de crecimiento agrícola. Por lo tanto, los investigadores de plantas de todo el mundo están estudiando en profundidad la regulación genética del crecimiento de las plantas y los procesos de vida.
«La investigación sobre el papel de las proteínas rPPR en las mitocondrias apenas está comenzando. Nuestro nuevo trabajo sobre la regulación de genes mitocondriales en Arabidopsis thaliana contribuye con un componente importante para el desarrollo de este conocimiento, que también podría aplicarse en el mejoramiento de plantas en el futuro», dice. Kempken, miembro de KPC y director del Departamento de Genética Botánica y Biología Molecular de la Universidad de Kiel.
Más información: Stefanie Grüttner et al, La proteína de repetición de pentatricopéptido de tipo P DWEORG1 es una proteína rPPR de mitocondrias de Arabidopsis que no se ha informado anteriormente,
Scientific Reports (2022). DOI: 10.1038/s41598-022-16812-0
