Investigadores descubren como responden las plantas a los cambios en la luz a nivel molecular

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Eso es posible gracias a proteínas llamadas fotorreceptores que absorben la luz y la convierten en una señal que activa o desactiva los genes. Hasta ahora, los científicos no han entendido completamente el mecanismo molecular que subyace a ese proceso, que permite a las plantas reconocer cuando están a la sombra y crecer hacia el sol, y detectar qué estación es para que puedan florecer en primavera.

Investigadores de la Universidad de California en Riverside han identificado la porción de un fotorreceptor de la planta responsable de los cambios dependientes de la luz en la expresión génica, como se ilustra en un documento publicado hoy en Nature Communications. El estudio fue dirigido por Meng Chen, profesor asociado de biología celular en la Facultad de Ciencias Naturales y Agrícolas de la UCR.

Chen y sus colegas han estado estudiando un grupo de fotorreceptores llamados fitocromos que son sensibles a la luz roja y al rojo oscuro, y se conservan en plantas, hongos y bacterias. La investigación se realizó en Arabidopsis thaliana, una pequeña planta de floración ampliamente utilizada por los biólogos como especie modelo porque es fácil de cultivar y estudiar.

Los fitocromos controlan el crecimiento y desarrollo de las plantas al cambiar la cantidad o estabilidad de otro grupo de proteínas llamadas factores de transcripción cuyo trabajo es activar y desactivar los genes. Para descubrir cómo el fotorreceptor regula la cantidad de factores de transcripción, el equipo de Chen dirigió su atención a la estructura del fitocromo, que tiene dos áreas funcionales llamadas dominios.

Si bien se sabe que un dominio (llamado módulo N-terminal) detecta la luz, la función del otro dominio (llamada módulo C-terminal) había permanecido desconocida. La mayoría de los científicos no creían que el módulo C-terminal desempeñara un papel en la señalización de los cambios en la expresión genética en las plantas, pero Chen no estuvo de acuerdo.

“Sabemos que en las bacterias, que usan una proteína similar para detectar la luz, el módulo N-terminal detecta la luz y el módulo C-terminal regula la estabilidad de los factores de transcripción. Sin embargo, el modelo actual en las plantas es que el fotorreceptor utiliza la N -terminal módulo tanto para detectar y responder a las señales de luz ambiental “, dijo Chen, quien también es miembro del Instituto de Biología Integrada del Genoma de la UCR (IIGB).

El grupo de Chen demostró que el módulo C-terminal regula de hecho la expresión génica, aunque utiliza un método muy diferente a las bacterias.

Chen dijo que los hallazgos tienen implicaciones en la agricultura, donde los agricultores buscan cada vez más cultivar más alimentos en menos tierra. Por ejemplo, cuando los cultivos se plantan a alta densidad, compiten por la luz, a menudo creciendo más alto a expensas del rendimiento.

“Ahora que entendemos cómo la luz está causando cambios en el crecimiento y el desarrollo, podemos diseñar plantas para que sean ciegas para sus vecinos, de modo que podamos plantarlas más densamente sin ver una disminución en el rendimiento”, dijo Chen. “Podemos tomar cultivos que crecen bien en una parte del mundo y diseñarlos para que crezcan en otras latitudes y climas”.

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