Los científicos de Salk descubren que las sombras del dosel de los competidores desencadenan cambios celulares en solo cinco minutos – ScienceDaily

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Los científicos, y los jardineros, saben desde hace mucho tiempo que las plantas crecen más altas y florecen antes cuando son sombreadas por vecinos que crecen juntos. Ahora, por primera vez, los investigadores del Instituto Salk han mostrado el funcionamiento interno detallado de este proceso.

El estudio, publicado el 17 de junio de 2021 en Genética de la naturaleza, ofrece una nueva comprensión de cómo la actividad genética dirige el crecimiento de las plantas y la rapidez con que las plantas responden a su entorno, con condiciones de luz cambiantes que desencadenan cambios moleculares en tan solo cinco minutos. Los hallazgos brindan información sobre cómo aumentar los rendimientos y salvaguardar la producción mundial de alimentos a medida que el cambio climático reduce la tierra cultivable del planeta.

“Este artículo muestra, en alta resolución, cómo las plantas responden a cambios ambientales sutiles a nivel celular”, dice la autora correspondiente Joanne Chory, directora del Laboratorio de Biología Celular y Molecular Salk, investigadora del Instituto Médico Howard Hughes y directora. . y Maryam R. Newman, Cátedra de Biología Vegetal. “El trabajo que revele cómo las plantas pueden adaptarse al mayor estrés ambiental será crítico a medida que se intensifiquen los efectos del cambio climático”.

Las plantas sombreadas crecen más rápido y más alto en un intento de atravesar el dosel y alcanzar más luz. Al mismo tiempo, las condiciones de crecimiento sombreadas hacen que florezcan y produzcan semillas antes de lo normal para competir con otras plantas. Estas respuestas pueden ser útiles para las flores silvestres que crecen en un prado, pero en las granjas pueden reducir la producción y dar lugar a cultivos amargos y de baja calidad, como sabe cualquier jardinero cuya lechuga haya sido arrancada de raíz.

En el nuevo estudio, los investigadores analizaron el papel de factores de transcripción específicos en la activación de esta respuesta de crecimiento. Los factores de transcripción son proteínas que activan o desactivan genes al unirse al ADN.

El equipo trabajó con plántulas mutantes desprovistas de factores de transcripción llamados PIF (FACTORES INTERACTORES DE FITOCROMO). Cuando cultivaron estas plantas en un entorno que simulaba sombra, las plantas sin ciertos PIF no alargaron ni aceleraron su crecimiento, sino que continuaron creciendo normalmente como si estuvieran a plena luz del sol. Anteriormente, el laboratorio de Chory demostró que PIF7 juega el papel más importante en la regulación del crecimiento inducido por la sombra.

Luego, los investigadores observaron más de cerca el papel de las histonas en este proceso, específicamente la variante de histonas H2A.Z. Las histonas son proteínas que actúan como bobinas de cadenas de ADN. Cuando las histonas se intercambian o modifican, pueden funcionar para activar o suprimir ciertos genes.

Los científicos descubrieron que la sombra del dosel conducía a la eliminación de la histona H2A.Z de los genes reguladores del crecimiento a través de la unión al ADN de PIF7, que a su vez desencadenaba su expresión.

Usando intervalos de tiempo muy cortos para sus experimentos, los investigadores encontraron que PIF7 se activa, une sus genes objetivo e inicia la eliminación de H2A.Z, todo dentro de los primeros 5 minutos de la sombra del dosel de la planta.

“Nuestro estudio describe otro paso hacia una comprensión mecanicista de cómo las plantas alteran su expresión genética en respuesta a un entorno en evolución”, dice el autor correspondiente Joseph Ecker, investigador del Instituto Médico Howard Hughes y profesor del Laboratorio de Análisis Genómico de Salk.

Estudios previos habían identificado que PIF y H2A.Z tenían un papel importante en las respuestas de las plantas expuestas a altas temperaturas; sin embargo, se desconocía el momento de los hechos, señala el coautor Björn Willige, especialista en investigación del Instituto Médico Howard Hughes en el laboratorio de Chory.

“Nuestro estudio revela el mecanismo en detalle y también muestra la naturaleza rápida de la respuesta. Descubrimos que cuando PIF7 está activo, se une al ADN. Y nuestros datos indican que esto conduce a la eliminación de H2A.Z del ADN. Genes se activan, lo que induce al crecimiento, para competir con las plantas vecinas ”, dice Willige.

La velocidad del proceso fue inesperada, dice el coautor Mark Zander, profesor asistente en el Instituto Waksman de Microbiología de la Universidad de Rutgers. Señaló que, además de desencadenar la respuesta al estrés en cinco minutos, el paisaje de histonas también se recuperó rápidamente cuando se eliminó la sombra.

“Cuando eliminamos la sombra, los niveles de H2A.Z en los genes diana de PIF7 volvieron a la normalidad en 30 minutos”, dice. “Me sorprendió lo dinámico que es el proceso, que es realmente la base de la elegancia de nuestro estudio”.

Los PIF juegan un papel importante en el crecimiento, desarrollo y defensa de plagas de las plantas. Por lo tanto, el equipo espera que sus hallazgos se puedan traducir en otras respuestas de las plantas que son importantes para los agricultores, especialmente en relación con ayudar a las plantas a ser más resistentes al cambio climático. La iniciativa de aprovechamiento de plantas del Instituto Salk busca ayudar a resolver el cambio climático mediante la optimización de la capacidad natural de las plantas para capturar y almacenar carbono.

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