SIGUIENDO LA PISTA DE LOS MOVIMIENTOS DE LOS NEMATODOS BENEFICOS.

Por: Sharon Durham
14 de agosto de 2014.

Los gusanos pequeños llamados nematodos no se mueven al azar por el suelo, pero en cambio usan los campos eléctricos para orientarse, según los científicos del Servicio de Investigación Agrícola (SIA).

Un grupo dirigido por el entomólogo David Shapiro-Ilan y el fitopatólogo Clive Bock, descubrió que el nematodo Steinernema carpocapsae fue atraído por una corriente eléctrica aplicada en una placa de agar. Basado en estos resultados, los científicos concluyeron que los gusanos dependen de electricidad, o campos eléctricos, para orientarse en el suelo. Los científicos piensan que los nematodos también usan los campos magnéticos de la misma manera.

Investigadores con el SIA han descubierto que los nematodos entomopatógenos que matan a los insectos típicamente se mueven en un grupo, similar al comportamiento grupal de otros animales tales como los peces o los lobos. Este comportamiento podría contribuir a la distribución desigual de las poblaciones de estos nematodos en los campos agrícolas.

Los científicos probaron su teoría relacionada con los campos magnéticos poniendo imanes en los lados opuestos de una placa de agar que contiene los nematodos S. carpocapsae. Un imán fue orientado hacia el Polo Norte, y otro hacia el Polo Sur. El grupo notó una reacción direccional por los nematodos, con un número más alto de ellos moviéndose hacia el Polo Sur.

Este movimiento en reacción a los campos magnéticos—llamada magnetorrecepción—puede ser importante en facilitar o aumentar la capacidad de varios organismos de encontrar alimento. Los resultados de esta investigación han sido publicados en 'International Journal for Parasitology' (Revista Internacional de Parasitología).

Los científicos también examinaron el movimiento de seis diferentes especies de nematodos entomopatógenos que matan a los insectos, y descubrieron que su movimiento no fue al azar. En cambio, los gusanos se movieron en grupo. Según Shapiro-Ilan, este tipo de movimiento es similar al comportamiento grupal de otros animales, tales como los peces o los lobos.

Basado en estos hallazgos, los investigadores dicen que el comportamiento de movimiento grupal podría contribuir a una distribución desigual de las poblaciones naturales o aplicadas de nematodos entomopatógenos en los campos agrícolas. Los científicos también publicaron estos hallazgos en 'International Journal for Parasitology'.

Estos estudios tienen implicaciones para una mejor comprensión del comportamiento de los nematodos buscando alimento y para mejorar las tácticas de métodos de control natural de insectos plagas. Conocimientos de cómo y por qué los nematodos beneficos encontraron su presa es un factor imprescindible de utilizar estos nematodos en programas de control biológico de insectos plagas en el futuro.

Fuente: Servicio de Investigación Agrícola. SIAUSDA.

LAS ENREDADERAS AHOGAN LA CAPACIDAD DE UN BOSQUE PARA CAPTURAR CARBONO.

27 de mayo 2014.

Los bosques tropicales son un activo a veces poco apreciados en la batalla contra el cambio climático. Cubren el siete por ciento de la superficie terrestre, aún poseen más del 30 por ciento del carbono terrestre de la Tierra. Como en tierras agrícolas abandonadas en los trópicos es asumido por los bosques, los científicos esperan que estos nuevos bosques limpien cantidades industriales de carbono en la atmósfera. Una nueva investigación de científicos del Smithsonian muestra que cada vez más las abundantes enredaderas podrían obstaculizar este potencial y pueden incluso causar que los bosques tropicales pierdan carbono.

En el primer estudio en demostrar experimentalmente que la competencia entre las plantas puede resultar en pérdidas en todo el ecosistema de carbono de los bosques, los científicos que trabajan en Panamá mostraron que las lianas o enredaderas leñosas, pueden reducir la acumulación de biomasa forestal neta en casi un 20 por ciento. Los investigadores llamaron a este cálculo "conservador" en los resultados publicados este mes en Ecología (Ecology).

"Este trabajo representa la primera cuantificación experimental de los efectos de las lianas sobre la biomasa", dijo el autor principal Stefan Schnitzer, investigador asociado en el Instituto Smithsoniano de Investigaciones Tropicales. "A medida que aumentan las lianas en los bosques tropicales, se va a disminuir la capacidad de los bosques tropicales para acumular carbono."

Stefan Schnitzer está preocupado de que las lianas están reduciendo la cantidad de carbono que los bosques tropicales almacenan en la Isla Barro Colorado en Panamá. Crédito: Smithsonian, Sean Mattson, fotógrafo .

Investigaciones previas realizadas por Schnitzer y otros demostraron que las lianas están aumentando en los bosques tropicales de todo el mundo. Nadie sabe por qué. La disminución de la lluvia es una de las sospechosas, pero las lianas, que son generalmente más tolerantes a la sequía que los árboles, están aumentando en abundancia incluso en las selvas tropicales que no han experimentado cambios aparentes en los patrones climáticos.
Las lianas trepan a los árboles para alcanzar el dosel del bosque donde sus hojas, tapan la luz del sol necesaria para el crecimiento del árbol. Ellas representan hasta el 25 por ciento de las plantas leñosas en un bosque tropical típico, pero sólo un pequeño porcentaje de su carbono. Ellas no compensan el carbono desplazado debido al volumen de madera relativamente bajo, la baja densidad de la madera y una alta tasa de rotación.

Machete en mano, Schnitzer y sus colegas cortaron lianas de parcelas forestales para este estudio. Después de recopilar ocho años de datos que comparan las parcelas libres de lianas con parcelas naturalmente llenas de lianas en el mismo bosque, se cuantificó el grado en que las lianas limitaron el crecimiento del árbol, por lo tanto, la absorción de carbono. En los espacios creados por los árboles caídos, las lianas mostraron reducir la acumulación de biomasa de los árboles en casi un 300 por ciento. Los hallazgos de Schnitzer y sus colegas, publicado también este año en Ecología, mostraron que la distribución y diversidad de las lianas está determinados en gran medida por los espacios del bosque, lo cual no es el caso de los árboles tropicales.

Las condiciones áridas en los claros son similares a las zonas recientemente reforestadas. "La capacidad de las lianas para invadir rápidamente áreas abiertas y bosques jóvenes puede reducir drásticamente la regeneración de árboles tropicales y casi todo el carbono superficial se almacena en los árboles", dijo Schnitzer. Las lianas han demostrado consistentemente obstaculizar el alistamiento de árboles pequeños, y limitar el crecimiento, fecundidad y la supervivencia de los árboles establecidos

"Los científicos han asumido que la batalla por el carbono es un juego de suma cero, en el que la pérdida de carbono de una planta se compensa con la ganancia de un carbono por otro. Este supuesto, sin embargo, está siendo cuestionado porque las lianas impiden que los árboles acumulen grandes cantidades de carbono, pero las lianas no pueden compensar en términos de acumulación el carbono ", dijo Schnitzer. "Si las lianas siguen aumentando en los bosques tropicales, se reducirá la capacidad de los bosques tropicales para la captación el carbono, lo que acelerará el ritmo de aumento de carbono en la atmósfera en todo el mundo."

Fuente: Ecology.

Vines choke a forest's ability to capture carbon, scientists report

DESCIFRANDO EL VOCABULARIO QUÍMICO DE LAS PLANTAS.

01 de mayo 2014.

Las plantas pasan toda su vida arraigadas en un solo lugar. Cuando se enfrentan a una situación difícil, como un enjambre de herbívoros hambrientos o un brote viral, no tienen opción de huir sino que deben luchar para sobrevivir. ¿Cuál es la clave de su defensa? La química.

Gracias a este conflicto en curso, las plantas han evolucionado para convertirse en químicos asombrosos, capaces de sintetizar decenas de miles de compuestos a partir de miles de genes. Estas sustancias químicas, conocidas como metabolitos especializados, permiten a las plantas resistir amenazas transitorias de su entorno. Es más, algunos de los mismos compuestos benefician a los seres humanos, con más de un tercio de los medicamentos derivados de metabolitos vegetales especializados.

Foto de flor del desierto por Seung Yon Rhee.

La comprensión de cómo las plantas evolucionaron este vocabulario químico prodigioso ha sido un objetivo de larga data en la biología vegetal. Un equipo de científicos del Instituto Carnegie dirigidos por Seung Yon Rhee y Lee Chae realizó un análisis comparativo a gran escala del genoma de las plantas para investigar cómo evolucionó a metabolismo especializado. Sus hallazgos, según se ha informado en la revista Science, tienen importantes implicaciones para la forma en que los científicos buscan nuevos metabolitos beneficiosos en las plantas.Para realizar el estudio, el equipo desarrolló un sistema de cálculo proyectado que pueden transformar un genoma vegetal secuenciado en una representación del metabolismo del organismo. Esto se conoce como una red metabólica.
"La clave de nuestro análisis, o cualquier análisis comparativo del genoma, es la consistencia y la calidad de los datos a través de las especies", dice Chae. "Nuestro proyecto garantiza esta coherencia con los niveles de validación de la precisión y la cobertura."

Es importante destacar que, el plan permite al equipo producir una red metabólica fiable para cualquier genoma secuenciado en aproximadamente dos días o menos - un vasto ahorro de tiempo y recursos cuando se compara con el proceso anterior de largos meses-, señala Chae.
Usando el plan, el equipo reconstruyó y analizó las redes metabólicas de 16 especies en el linaje de las plantas verdes, incluyendo las plantas con flores, algas y musgos. Ellos encontraron que los genes que producen metabolitos especializados exhiben propiedades inusuales en la forma en que se desarrollaron, entre ellos su número y organización dentro de cada genoma, los mecanismos genéticos por los cuales se forman, y su tendencia a ser activados simultáneamente.

Colectivamente, estas propiedades representan una firma distintiva de los genes del metabolismo especializados que ofrece una estrategia innovadora para el descubrimiento de nuevos metabolitos especializados de diversas especies de plantas. Tales descubrimientos podrían tener amplias implicaciones para muchos campos de investigación, incluyendo la agricultura, la biotecnología, el descubrimiento de fármacos, y la biología sintética.
"A pesar de nuestra dependencia de los compuestos de la planta para la salud y el bienestar, sabemos muy poco sobre la forma en que se producen o el verdadero alcance de su diversidad en la naturaleza", dice Rhee. "Esperamos que nuestros hallazgos permitirán a los investigadores utilizar estas firmas como una herramienta para descubrir metabolitos especializados hasta ahora desconocidas, para investigar cómo benefician a la planta, y para determinar la forma en que nos pueden beneficiar."

Fuente: Institución para la Ciencia Carnegie.

Decoding the chemical vocabulary of plants

CIENTÍFICOS IDENTIFICAN GENES CLAVES PARA AUMENTAR EL CONTENIDO DE ACEITE EN LAS HOJAS DE LOS VEGETALES.

La acumulación de aceite en las hojas podría aumentar significativamente el contenido energético de los biocombustibles y de los alimentos de origen vegetal
18 de octubre 2013.

Científicos del Laboratorio Nacional de Brookhaven han identificado los genes clave que se requieren para la producción de aceite y la acumulación en las hojas de las plantas y otros tejidos vegetales vegetativos. La potenciación de la expresión de estos genes como consecuencia en un aumento enorme en el contenido de aceite en las hojas, las fuentes más abundantes de la planta de biomasa, un hallazgo que podría tener implicaciones importantes para aumentar el contenido energético de los alimentos de origen vegetal y materias primas renovables para biocombustibles. La investigación se describe en dos nuevas publicaciones en The Plant Journal y Plant Cell.

"Si podemos trasladar esta estrategia a las plantas de cultivo que se utilizan para generar energía renovable o para alimentar al ganado, que aumentaría significativamente su contenido energético y los valores nutricionales", dijo el bioquímico Changcheng Xu, quien dirigió la investigación. Los experimentos se llevaron a cabo en gran parte por los miembros del grupo de Xu, Jilian Fan y Chengshi Yan.

Piense en ello en términos conocidos de calorías: El aceite es dos veces tan denso en energía como en carbohidratos, que constituyen la mayor parte de las hojas, tallos y otras materias vegetativas vegetal. "Si quiere reducir las calorías de su dieta, usted reduce la grasa y los aceites. Por el contrario, si desea aumentar el rendimiento calórico de su biocombustibles o pienso para el ganado, usted quiere más aceite", dijo Xu.

El aumento de la acumulación de aceite en las hojas: La sobre expresion del gen de PDAT, una enzima implicada en la producción de aceite,  causa que las hojas de la planta  acumule grandes cantidades de aceite en grandes glóbulos (izquierda). Cuando los científicos también añadieron un gen para la olesina, una proteína conocida para encapsular gotas de aceite (fusionado a la proteína fluorescente verde para confirmar su ubicación), las agrupaciones de las más pequeñas , formaron gotas de aceite más estables (derecha).

Pero las plantas no suelen almacenar mucho aceite en sus hojas y otros tejidos vegetativos. En la naturaleza, el almacenamiento de aceite es el trabajo de las semillas, en las que los compuestos ricos en energía proporcionan alimento para el desarrollo de los embriones de plantas. La idea detrás de los estudios de Xu era encontrar una manera de "reprogramar" las plantas para almacenar aceite en sus más abundantes formas de biomasa.
El primer paso fue identificar los genes responsables de la producción de aceite en los tejidos vegetativos de las plantas . Aunque el aceite no se almacena en estos tejidos, casi todas las células vegetales tienen la capacidad para hacer aceite. Pero hasta estos estudios, la vía para la biosíntesis de aceite en las hojas era desconocido.

"Mucha gente asume que es similar a lo que ocurre en las semillas, pero tratamos de mirar también a los diferentes genes y enzimas", dijo Xu.

Desentrañando los genes.

Los científicos utilizaron una serie de trucos genéticos para probar los efectos de la sobreexpresión de genes o inhabilitación que permiten a las células fabricar ciertas enzimas que intervienen en la producción de aceite. El bombeo de los factores que normalmente aumentan la producción de aceite en las semillas no tuvo efecto sobre la producción de aceite en las hojas, y uno de éstos, cuando se sobreexpresa en las hojas, causó el crecimiento y problemas de desarrollo en las plantas. La alteración de la expresión de una enzima diferente productora de aceite, sin embargo, tuvo efectos dramáticos en la producción de aceite en las hojas.

"Si eliminas (deshabilitar) el gen de una enzima conocida como PDAT, que no afecta a la síntesis de aceite en las semillas o no causa ningún problema para las plantas, pero disminuye drásticamente la producción de aceite y la acumulación en las hojas", dijo Xu. En contraste, que la sobre expresión el gen de PDAT -que es, obtener células para fabricar más de esta enzima- de como resultado un aumento de 60 veces en la producción de aceite de las hojas.

Una observación importante es que el exceso de aceite no se mezcla con los lípidos de la membrana celular, pero se encontró gotitas de aceite dentro de las células de las hojas. Estas gotitas eran algo similares a las encontradas en las semillas, sólo mucho, mucho más grandes. "Fue como si muchas pequeñas gotas de aceite como las que se encuentran en las semillas que se han fusionado para formar enormes glóbulos", dijo Xu.

Las gotas más grandes pueden parecer mejor, pero no lo son, explicó Xu. El aceite en estas gotas de gran tamaño se descompone fácilmente por otras enzimas en las células. En las semillas, dijo, las gotas de aceite se recubren con una proteína llamada oleosina, lo que evita que las gotas se fusionen, manteniéndolas más pequeñas al tiempo que protege el aceite dentro. ¿Qué pasaría en las hojas, los científicos se preguntaron, si activa el gen de oleosina junto con PDAT?

El resultado: La sobre expresión de los dos genes juntos resultó en un aumento de 130 veces en la producción de aceite de las hojas en comparación con las plantas de control. Esta vez, el aceite se acumula en grandes racimos de diminutas gotas de aceite de oleosina-revestidas.

Identificar el mecanismo.

A continuación los científicos utilizaron carbono radiomarcado (C-14) para descifrar el mecanismo bioquímico por el cual PDAT aumenta la producción de aceite. Ellos rastrearon la absorción de C-14 marcado con acetato en los ácidos grasos, los componentes básicos de las grasas y aceites de membrana. Estos estudios mostraron que PDAT aumentó drásticamente la velocidad a la que se hicieron estos ácidos grasos.

A continuación, los científicos decidieron probar los efectos de la sobre expresión de los recién identificados genes del aceite que se incremento (PDAT y oleosina) en una variante de plantas de prueba que ya contaban con una elevada tasa de síntesis de ácidos grasos. En este caso, el impulso genético resultó en una mayor producción de aceite y la acumulación, 170 veces en comparación con las plantas de control, el punto donde el aceite representó casi el 10 por ciento del peso seco de la hoja.

"Eso es potencialmente igual a casi el doble del rendimiento de aceite, en peso, que se puede obtener de las semillas de canola, que en este momento es uno de los cultivos más altos en producción de aceite usados para la alimentación y la producción de biodiesel", dijo Xu. La quema de biomasa vegetal con tal densidad de energía para generar electricidad liberaría 30 a 40 por ciento más de energía, y el valor nutricional de los alimentos hechos de esta biomasa, la densidad energética también sería mucho mayor.

"Estos estudios se llevaron a cabo en plantas de laboratorio, por lo que aún se tiene que ver si esta estrategia podría funcionar en bioenergía o en cultivos para alimentos ", dijo Xu. "Y hay desafíos en la búsqueda de maneras de extraer el aceite de las hojas por lo que se puede convertir en biocombustible. Pero nuestra investigación ofrece una vía muy prometedora para mejorar el uso de las plantas como fuente de alimento y de materias primas para la producción de energía renovable", dijo.

Xu ahora está colaborando con el bioquímico de Brookhaven John Shanklin para explorar el potencial efecto de la sobre expresión de estos genes clave en la producción de aceite en los cultivos dedicados a la producción de biomasa, como la caña de azúcar.

Esta investigación fue financiada por la Oficina de Ciencia del DOE (BES). Las imágenes que muestran el almacenamiento del aceite en las gotitas se produjeron utilizando microscopios alojados en el Centro de Brookhaven para los Nanomateriales Funcionales (CFN), también con el apoyo de BES.

Fuente: Laboratorio Nacional de Brookhaven.

Scientists Identify Key Genes for Increasing Oil Content in Plant Leaves

EL NÉCTAR: UNA DULCE RECOMPENSA DE LAS PLANTAS PARA ATRAER A LOS POLINIZADORES.

16 de marzo 2014.

La evolución se basa en la diversidad, y la reproducción sexual es la clave para la creación de una población diversa que asegura la competitividad en la naturaleza. Las plantas tenían que resolver un problema: necesitaban encontrar maneras de difundir su material genético. Polinizadores voladores -insectos, aves y murciélagos-eran la solución de la naturaleza. "Misterio abominable" de Charles Darwin destacó la coincidencia de la floración de plantas y la diversificación de insectos hace unos 120 millones de años y lo atribuyó a la especialización coordinada de flores e insectos en el contexto de los insectos que sirven como portadores de polen. Para asegurarse de que los polinizadores que vuelan vendrían a las flores para recoger el polen, las plantas evolucionaron con órganos especiales llamados nectarios para atraer y recompensar a los animales. Estos néctares son órganos de secreción que producen perfumes y recompensas azucaradas. 

 

Sin embargo, a pesar de la evidente importancia del néctar, el proceso por el cual las plantas lo producen y lo secretan se ha mantenido en gran parte como un misterio. Una nueva investigación de un equipo liderado por Wolf Frommer, director del Departamento de Biología Vegetal, ya identificaron los componentes claves de la síntesis de azúcares y de los mecanismos de secreción. Su trabajo también sugiere que los componentes fueron reclutados para este fin temprano en la evolución de las plantas con flores. Su trabajo se publica 16 de marzo en Nature.

El equipo utilizó técnicas avanzadas para buscar los transportadores que podrían estar involucrados en el transporte de azúcar y estaban presentes en los nectarios. Identificaron el SWEET9 proteína de transporte como un actor clave en tres diversas especies de plantas con flores y demostraron que es esencial para la producción de néctar.

En las plantas diseñadas especialmente que carecen del transportador SWEET9, el equipo encontró que la secreción de néctar no se produjo, pero en lugar los azúcares acumularon en el tallo. Es importante destacar que cuando se añadió una copia del gen SWEET9, las plantas producen más néctar. De forma paralela, también se identificaron los genes necesarios para la producción de sacarosa, llamados genes de fosfato sintasa de sacarosa, que resultó ser también esencial para la secreción de néctar.

Dado que los azúcares son aparentemente los controladores para la secreción de los fluidos del nectario, descubrieron toda una vía de cómo se fabrica la sacarosa en el nectario y luego es transportado en el espacio extracelular de los nectarios por SWEET9. En esta área intersticial el azúcar se convierte en una mezcla de sacarosa y otros azúcares, a saber, glucosa y fructosa. En las plantas examinadas, estos tres azúcares comprenden la mayoría de los solutos en el néctar, un requisito previo para la recogida por las abejas para la producción de miel.

 

"Las Sweets son los transportadores clave para el transporte de los nutrientes esenciales de las hojas a las semillas. Creemos que los nectarial transportadores del azúcar SWEET9 evolucionaron en la época de la formación de los primeros nectarios florales, y que este proceso puede haber sido un gran paso necesario para atraer y recompensar a los polinizadores y el aumento de la diversidad genética de las plantas así ", dijo Frommer.

Fuente: Institución para la Ciencia Carnegie.

Versión al español: Ben Llarpo Quenobi.

HERRAMIENTAS DE SEGUIMIENTO DEL NITRÓGENO PARA OBTENER MEJORES COSECHAS Y MENOS CONTAMINACIÓN.

18 de febrero 2014.

Como cada jardinero sabe, el nitrógeno es crucial para el crecimiento de una planta. Pero la absorción de nitrógeno es ineficiente. Esto significa que en la escala de los cultivos de alimentos, la adición de niveles significativos de nitrógeno al suelo a través de un fertilizante presenta un número de problemas, particularmente a ríos y la contaminación de las aguas subterráneas. Como resultado, la búsqueda de una forma de mejorar la absorción de nitrógeno en los productos agrícolas se podría mejorar los rendimientos y disminuir los riesgos para la salud ambiental y humana.

El nitrógeno se toma principalmente desde el suelo por las raíces y asimilado por la planta para convertirse en parte del ADN, proteínas, y muchos otros compuestos. La captación es controlada por una serie de factores, incluyendo la disponibilidad, la demanda y el estado de energía de la planta. Pero hay mucho acerca de las proteínas de transporte que intervienen en el proceso que no se entiende.

El nuevo trabajo de Cheng-Hsun Ho y Wolf Frommer de Carnegie desarrolló herramientas que podrían ayudar a los científicos observar el proceso de absorción de nitrógeno en tiempo real y podría dar lugar a que se mejore la agricultura y el medio ambiente. Fue publicado por eLife el 11 de marzo.

Frommer había desarrollado previamente la tecnología para espiar la actividad de la proteína de transporte mediante el uso de etiquetas fluorescentes en el ADN de una célula para controlar los reajustes estructurales que sufre un transportador a medida que avanza su molécula objetivo. Se ajusta esta tecnología a cinco objetivos de transporte de nitrógeno para controlar la absorción de nitrógeno y el proceso de asimilación.
"Hemos diseñado estos sensores para supervisar la actividad y la regulación de los transportadores de nitrógeno sospechosos en las raíces de plantas vivas, que de otra manera son imposibles de estudiar", dijo Frommer. "Este conjunto de herramientas mejorará en gran medida nuestra comprensión del proceso de absorción de nitrógeno y ayudará a desarrollar el incremento del rendimiento de los cultivos y reducir la contaminación causada por fertilizantes."

Su método es aplicable a cualquier transportador de cualquier organismo, lo que permite el análisis de otro modo excepcionalmente difícil de los procesos de transporte en los tejidos de las plantas y los animales.

Nota: El sensor NiTrac desarrollado por Cheng Hsun Ho y Wolf Frommer, del Instituto Carnegie permitirá el seguimiento en tiempo real no invasivo del ingreso de nitrógeno en acción en las raíces de las plantas, proporcionando un nuevo conjunto de herramientas que se puede utilizar para mejorar la eficiencia del nitrógeno. La novedosa tecnología del sensor es ampliamente aplicable y útil también para el cáncer y la neurobiología.

Fuente: Institución para la Ciencia Carnegie.

DE RAÍCES HACIA RETOÑOS: DESCIFRADO EL TRANSPORTE HORMONAL EN LOS VEGETALES.

La regulación de los mecanismos de distribución hormonal en las plantas podría dar lugar a cultivos bioenergéticos sostenibles con mayor crecimiento y menores necesidades de fertilizantes.

11 de febrero 2014.

La tinción con azul muestra la distribución de las citoquininas sintetizadas en la raíz. La anulación del gen transportador afecta su translocación a las hojas (derecha).

El crecimiento de las plantas está orquestada por un espectro de señales de hormonas en una planta. Un grupo importante de hormonas vegetales llamadas citoquininas se originan en las raíces de los vegetales., y su viaje a las áreas de crecimiento en el tallo y en las hojas estimula el desarrollo de la planta. Aunque estas fitohormonas se han identificado en el pasado, el mecanismo molecular responsable de su transporte dentro de las plantas fue previamente poco conocido.

Ahora, un nuevo estudio de un equipo de investigación dirigido por el bioquímico Chang-Jun Liu en el Laboratorio Nacional de Brookhaven identificó la proteína esencial para la reubicación de las citoquininas desde las raíces hasta los brotes.

La investigación se publicó en la edición del 11 de febrero de Nature Communications.

Las citoquininas estimulan el crecimiento de brotes y promueven la ramificación, la expansión y altura de la planta. La regulación de estas hormonas también mejora la longevidad de las plantas con flores, la tolerancia a la sequía o a otros problemas ambientales, así como la eficiencia de los fertilizantes a base de nitrógeno.

La manipulación de la distribución de la citoquinina adaptando la acción de la proteína transportadora podría ser una manera de aumentar la producción de biomasa y la tolerancia al estrés de los vegetales cultivados para biocombustibles o la agricultura. "Este estudio puede abrir nuevas vías para la modificación de diversos cultivos importantes, la agricultura, la biotecnología y la horticultura, para aumentar el rendimiento y reducir las necesidades de fertilizantes, por ejemplo, mientras se mejorar la explotación de los recursos bioenergéticos sostenibles", dijo Liu.

Empleando la Arabidopsis, una pequeña planta con flores relacionada con la mostaza y la col, que sirve como un modelo experimental común, los investigadores estudiaron una gran familia de proteínas de transporte llamadas transportadores en cassette (o caja) ligado a ATP (ABC, por su sigla en inglés), que actúan como una especie de inter o intra-bomba celular de sustancias en movimiento dentro o fuera de las células de una planta o de sus orgánulos . Mientras se realiza el análisis de expresión de genes en un conjunto de estos transportadores ABC, el equipo de investigación encontró que un gen - AtABCG14 - es altamente expresado en los tejidos vasculares de la raíz.

Para determinar su función, examinaron las plantas mutantes que albergan un gen afectado AtABCG14 . Ellos encontraron que la anulación de este gen transportador dio lugar a plantas con un crecimiento más débil, a tallos más delgados y raíces primarias más cortas que sus homólogos de tipo silvestre. Estos cambios estructurales en las plantas son síntomas de deficiencia de citoquininas. En esencia, el transporte a larga distancia de las hormonas de crecimiento se deteriora, lo que provoca alteraciones en el desarrollo de raíces y brotes. El transporte perturbado también resultó en pérdidas de la clorofila, la molécula que transforma la luz solar absorbida en energía.

El equipo utilizó radiotrazadores para confirmar el papel de la proteína AtABCG14 en el transporte de citoquininas a través de las plantas. Alimentaron de carbono-14 para marcar a las citoquininas de las raíces de los tipo silvestre y las plántulas mutantes. Mientras que los brotes de las plantas silvestres estaban llenos de las hormonas, sólo había pequeñas cantidades en los brotes de las plantas mutantes, aunque se enriquecieron sus raíces. Esto demuestra una correlación directa entre el transporte de citoquininas y la acción de la proteína AtABCG14.

"La comprensión de las bases moleculares del transporte de citoquininas nos permite apreciar más profundamente cómo las plantas utilizan y distribuyen un conjunto de moléculas de señalización para organizar su actividad de vida y para toda la construcción del cuerpo", dijo Liu.

"Desde el punto de vista de la biotecnología, la manipulación de la actividad de este transportador identificado nos podría permitir la flexibilidad para mejorar la capacidad y la eficiencia de las plantas en la captura y transformación de la energía, y el almacenamiento del carbono reducido, o la capacidad de las plantas para adaptarse a entornos difíciles , por lo tanto, la promoción, ya sea la producción de materias primas renovables para combustibles y materiales de origen biológico, o rendimientos de grano para satisfacer nuestras demandas de alimentos y energía en todo el mundo. "

Fuente: Laboratorio Nacional de Brookhaven.

Roots to Shoots: Hormone transport in plants deciphered

Versión al español: Ben Llarpo Quenobi.