Los biólogos de plantas en ITbM, Universidad de Nagoya han descubierto el elemento clave, un péptido EPFL2 que es responsable de crear las formas de dientes en las hojas de las plantas. Los bordes en zigzag de las hojas, los llamados dientes de las hojas, son importantes para hacer la característicaformas de cada hoja. Este estudio ilustra el mecanismo inexplorado de la formación de los dientes de la hoja y arrojará luz sobre cómo se han desarrollado las hojas para convertirse en las formas que son hoy en día.
Dr. Toshiaki Tameshige, Profesor Asociado Naoyuki Uchida y Profesor Keiko Torii del Instituto de Biomoléculas Transformativas ITbM de la Universidad de Nagoya, y sus colegas en la Universidad de Washington EE. UU. Y el Instituto de Ciencia y Tecnología de Nara Japón han informado sobre sus nuevos hallazgos en la revista Current Biology, sobre cómo un péptido y sus receptores funcionan para regular la respuesta de auxina y controlar el crecimiento de los dientes de las hojas en las plantas.
Se sabe que la hormona vegetal, auxina, participa en el desarrollo de los dientes de las hojas, pero el mecanismo exacto de su formación ha sido un misterio hasta ahora. En este estudio, el grupo de investigación descubrió que un péptido llamado PATRÓN EPIDERMALFACTOR-LIKE 2 EPFL2 y su proteína receptora, las quinasas receptoras de la familia ERECTA, controlan la cantidad de auxina durante el crecimiento del diente de la hoja. En las hojas de las plantas donde el péptido EPFL2 está inactivo, la hoja se vuelve redonda sin dientes.
Muchas hojas tienen pequeños zigzags llamados dientes de hoja en su margen. Ejemplos de plantas que contienen dientes de hoja incluyen flores de cerezo, arces, diente de león y shiso que se usan con muchos platos japoneses. Los dientes de hoja de acebo y cardo se han desarrollado para convertirse enespinas duras para proteger las plantas por sí mismas. Debido al dolor que causan, estas hojas se han utilizado como un hechizo contra los espíritus malignos o han aparecido en los mitos para parecerse a la tristeza y el dolor. Aunque se sabe que los dientes de las plantas funcionan para algunas plantas comoun medio para la protección, el drenaje de agua y la fotosíntesis, la razón exacta por la que existen y cómo se hacen aún no se han revelado.
En este estudio, el equipo descubrió la sustancia principal que crea los dientes de la planta y descubrió cómo funcionan. La sustancia clave que descubrieron fue un péptido llamado EPFL2.
"Comencé a preguntarme por la forma de las hojas en 2012", dice Uchida, uno de los autores de este estudio. "Originalmente comencé este trabajo con Satoshi Okamoto, un estudiante de nuestro grupo". Toshiaki Tameshige, un posdoctoralEl investigador de ITbM se unió al equipo en 2013 para realizar este trabajo basado en su experiencia en hojas de plantas.
"Mi interés en las hojas de las plantas se remonta a hace diez años, en 2006", dice Tameshige, quien realizó los experimentos. "Me atrajeron las hojas debido a su hermosa apariencia y me fascinaron sus diversas formas. Decidimos miraren la función de EPFL2 para ver su efecto en las formas de las hojas ".
EPFL2 es un péptido una cadena de aminoácidos que se ha descubierto recientemente. Al igual que la hormona vegetal, la auxina, EPFL2 es secretada por las plantas pero su función aún no se ha descubierto. Al usar la planta modelo, Arabidopsis thaliana, elEl equipo estudió la función de EPFL2 y descubrió que las plantas que no pueden sintetizar EPFL2 crecen con hojas redondeadas, que no desarrollan los dientes de las hojas que generalmente están presentes en el tipo silvestre. Por lo tanto, descubrieron que EPFL2 era esencial para la formación de las hojas.con un borde en zigzag.
Los compuestos como el péptido EPFL2 y la auxina, que controlan el crecimiento de las plantas, actúan como 'claves' para activar procesos fisiológicos específicos. Las claves funcionan al interactuar con un 'bloqueo', en otras palabras, una proteína receptora que se une al crecimiento de las plantassustancias. En este estudio, el grupo logró identificar el receptor EPFL2 junto con EPFL2 por primera vez.
El receptor del péptido EPFL2 se caracterizó como una proteína, que forma parte de la familia ERECTA ERf. El grupo descubrió que las plantas, que han perdido algunas de las funciones del receptor ERf, han desarrollado hojas sin dientes en unde manera similar a las plantas que no pueden producir EPFL2.
"La parte más difícil de esta investigación fue cuantificar el grado de zigzag para los dientes de las hojas", dice Tameshige. "He intentado varios métodos de cálculo diferentes y he logrado desarrollar un método para cuantificar y comparar los dientes de las hojas. Después de examinar más de 1000hojas, me complace encontrar evidencia de que EPFL2 juega un papel esencial en la creación de bordes en zigzag en las hojas ".
Para que la hoja adquiera su forma, la hoja comienza a partir de una pequeña forma redonda y el crecimiento en partes específicas de la hoja se controla a medida que la planta crece. En otras palabras, el crecimiento en algunas partes de la hoja mejora mientras que el crecimiento en otraslas partes se suprimen para crear protuberancias y abolladuras en las hojas, respectivamente. Se ha informado que la auxina es responsable de que los bordes sobresalgan y crezcan en los dientes de las hojas. Se sabe que la auxina se acumula en las puntas de las protuberancias de las hojas para las plantas en crecimiento, yno se acumula en las faldas circundantes de la punta. Esta diferencia en la concentración de auxina es necesaria para el desarrollo de las protuberancias de las hojas, pero el origen de esta diferencia de concentración durante el crecimiento de los dientes no se ha explicado hasta ahora.
Al estudiar la relación entre el péptido EPFL2 y la auxina, el grupo descubrió que EPFL2 inhibe la acumulación de auxina en las faldas de las puntas de los dientes. Dado que EPFL2 no se sintetizó en la punta de los dientes de las hojas, sino que solo estaba presente en las faldas de lasdientes, esto evitó la acumulación de auxina en las faldas de la punta. En las plantas que no pueden producir EPFL2, la auxina se propaga por el margen de la hoja y, por lo tanto, los dientes de la hoja no se generan debido a la ausencia de diferentes concentraciones de auxina en diferentesregiones.
El equipo luego estudió por qué el péptido EPFL2 no se fabricó en la punta de los dientes de la hoja, sino que solo estaba presente en las faldas de las puntas. Curiosamente, encontraron evidencia que indica que la auxina determina la posición de la generación de EPFL2, es decir, dónde la auxinase acumula, EPFL2 no se sintetiza en esa posición. Por lo tanto, la posición donde se acumula la auxina y la posición donde se genera EPFL2 se asemejan a una relación fotográfica de imágenes positivas y negativas.
"Estaba realmente emocionado en el momento en que vimos que EPFL2 y auxina estaban en una relación inversa", dice Uchida. "Es difícil decir cuál es primero, ya que es como la gallina o el huevo; si la auxina determina sula posición de acumulación primero o EPFL2 determina dónde se sintetiza primero ". Este tipo de relación mutua, donde dos sustancias se inhiben entre sí, se denomina control de retroalimentación y es un mecanismo común que se encuentra en varios procesos, como la conformación del cuerpo y el reloj circadiano.
"Este mecanismo sobre cómo el péptido EPFL2 crea dientes de hoja se descubrió usando Arabidopsis thaliana", explica Tameshige. "Esperamos ver si el mismo mecanismo ocurre en otras plantas, pero nuestros resultados sugieren que EPFL2 puede ser responsable de crear hojas quetiene más bordes en zigzag o espinas espinosas ", continúa.
"También estamos interesados en investigar si podemos preparar sintéticamente el péptido EPFL2 y usarlo como aditivo para crear hojas con formas únicas, por ejemplo, en plantas de follaje y en bonsai", dice Uchida.
"Además, podemos cambiar la forma de las hojas de las verduras, lo que cambiará su apariencia y la textura de los alimentos", dice Tameshige. "Si podemos cambiar la forma de las hojas de las verduras como la lechuga y las espinacas, estopuede conducir a la generación de nuevas especies o vegetales de marca que tengan un valor superior "
"Mi próximo objetivo es poder predecir y reproducir la forma de las hojas usando la simulación por computadora", dice Tameshige. "Espero hacer modelos matemáticos para explicar la relación entre EPFL2 y los bordes en zigzag de las hojas. Sería interesanteser capaz de diseñar plantas a voluntad utilizando modelado por computadora "
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Materiales proporcionado por Instituto de Bio-Moléculas Transformativas WPI-ITbM, Universidad de Nagoya . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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