INFORMACIÓN SOBRE EL DELICADO EQUILIBRIO BIOQUÍMICO NECESARIO PARA EL CRECIMIENTO VEGETAL.

16 de Enero de 2012.

"La pectina es el polisacárido (azúcar) estructuralmente más complejo, componente de las paredes celulares de las plantas, y se asocia principalmente con las paredes celulares que se forman en los tejidos de crecimiento rápido que son importantes para el crecimiento vegetal y el desarrollo", dijo el biólogo de Brookhaven Chang-Jun (CJ) Liu, autor principal del artículo. "Nuestro objetivo era entender cómo las moléculas pequeñas, tales como ésteres de acetilo, que comúnmente se unen a la columna vertebral del azúcar afectan la estructura de la pectina y sus propiedades biológicas y biofísicas."

Mediante el análisis de secuencias de genes disponibles para el álamo, un cultivo dedicado a la bioenergía y una especie vegetal común en experimentos, se aisló y caracterizado un gen que codifica lo que pensaban que podría ser una enzima capaz de dividir los ésteres de acetilo de la pectina de la pared celular. Experimentos bioquímicos revelaron que esta enzima, que llamaron acetilesterasa pectina, era realmente capaz de liberar específicamente el éster acetil de pectinas de la pared celular.

En comparación con las plantas testigo (izquierda) las plantas transgénicas con sobreexpresión de un gen para la acetilesterasa pectina han alterado la forma de la hoja, así como los sacos de las anteras deformes y granos de polen. Estos resultados implican que la pectina de los ésteres de acetilo son esenciales para el crecimiento normal de la planta y la reproducción.

 A continuación, insertaron el gen en el tabaco, otra planta experimental, para ver qué efectos "perturbares" de los ésteres de acetilo tendría en la pectina de una planta en crecimiento, y se examinaron las consecuencias para el crecimiento vegetal y la digestibilidad de la biomasa.

Ellos usaron un microscopio confocal de barrido láser en el Centro de Brookhaven para los Nanomateriales Funcionales (CFN) para identificar en donde la enzima, se fusionada con una proteína verde fluorescente, se expresaba en las células vegetales. Los estudios que utilizan una forma de microespectroscopía de infrarrojos en la National Synchrotron Light Source (NSLS), ayudado por la colaboradora Lisa A. Miller, que les permitió controlar de forma precisa los cambios en la composición química de las paredes celulares de las plantas.
Los resultados fueron espectaculares: Extracción de ésteres de acetilo de la pectina afectando drásticamente la capacidad de las paredes celulares para alargar, con graves consecuencias para el crecimiento vegetal.

"Durante el el crecimiento vegetal, los componentes de la pared celular están en constante cambio o sw remodelan, permitiendo así a las células de la planta expandirsen de forma continua, construir su biomasa, y se hacen más grandes y más altos", explicó Liu. En muchos tejidos vegetales de crecimiento rápido, el componente principal de la pared celular es la pectina. Así perturbando el desarrollo de la pectina mediante la expresión del gen acetilesterasa pectina se impide el crecimiento celular severamente.
"El caso más dramático que se observó fue que la eliminación de los ésteres de acetilo retraso la germinación de los granos de polen y el crecimiento de los tubos polínicos. Con el tiempo, las plantas estaban completamente estériles, incapaces de producir semillas ", dijo Liu.
Igualmente dramático - pero inesperado - fue el efecto sobre la digestibilidad de la biomasa.

"Antes, muchos estudios in vitro han demostrado que los esteres de acetilo en la columna vertebral de los polisacáridos de las paredes celulares actúan como una barrera física, evitando la descomposición de los polisacáridos de la pared celular", dijo Liu. Por consiguiente, los científicos pensaban que la eliminación de los ésteres de acetilo puede ser útil para la digestión enzimática de la biomasa de la pared celular, por lo tanto, facilitando la producción de biocombustibles.
"En contraste, se encontró que la reducción de restos de acetilo de la pectina en realidad perjudica a su digestibilidad, por lo que es más difícil de romper con las enzimas digestivas", dijo Liu. "Esto sugiere que los patrones de la acetilación precisa de polisacáridos de la pared celular - al menos para la pectina - son necesarios para la acción de las enzimas digestivas en descomponer los polímeros de la pared celular."

Entender los detalles de este delicado equilibrio bioquímico será esencial, ya que se hacen intentos de manipular las plantas para mantener la sostenibilidad de la biomasa de las plantas y mejorar la digestibilidad de la biomasa de la pared celular para aplicaciones tales como la producción de biocombustibles.

Aunque no es el objetivo directo de la investigación de Liu, los nuevos resultados también podrían ofrecer una idea de un aspecto más atrayente de la "digestión" - la aplicación de la pectina como agente de transformación de alimentos. Según Liu, alterar el contenido de éster de acetilo en la pectina puede afectar dramáticamente sus propiedades, tales como la solubilidad y su capacidad de formar geles (como en jaleas y mermeladas). "Por lo tanto, la caracterización de esta deacetilasa pectina específica proporciona una valiosa herramienta molecular para manipular las propiedades de la pectina para la mejora de las aplicaciones en el procesamiento de alimentos y en la industria, dijo.

Los resultados de la investigación aparecen en línea en la revista The Plant Cell.

Fuente: Laboratorio Nacional de Brookhaven.