¿Cómo se verá un mundo de tres grados más cálido? ¿Cómo les irá a las plantas en condiciones climáticas más extremas? Cuando experimentan estrés o daño de varias fuentes, las plantas usan la comunicación de cloroplasto a núcleo para regular la expresión génica y ayudarles a hacer frente.
Ahora, los investigadores del Instituto Salk han descubierto que GUN1, un gen que integra numerosas vías de señalización retrógrada de cloroplasto a núcleo, también juega un papel importante en cómo se producen las proteínas en los cloroplastos dañados, lo que proporciona una nueva visión de cómo las plantasresponder al estrés. El artículo fue publicado en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias PNAS el 15 de abril de 2019, y puede ayudar a los biólogos a criar plantas que puedan resistir mejor los estresores ambientales.
"El cambio climático tiene el potencial de afectar nuestro sistema alimentario dramáticamente. Cuando las plantas están estresadas, como en una sequía, producen rendimientos de cultivo más bajos. Si entendemos cómo las plantas responden al estrés, entonces quizás podamos desarrollar una forma de aumentar su producción".resistencia y mantener alta la producción de alimentos ", dice Joanne Chory, profesora de Salk, directora del Laboratorio de Biología Molecular y Celular y autor principal del artículo.
En las células vegetales, las estructuras llamadas cloroplastos convierten la energía de la luz solar en energía química fotosíntesis. Normalmente, el núcleo de la célula transmite información a los cloroplastos para mantener una producción de energía constante. Sin embargo, en un ambiente estresante, los cloroplastos envían una alarma de regresoal núcleo celular mediante señalización retrógrada creando un circuito de retroalimentación de comunicación de cloroplasto a núcleo. Este SOS genera una respuesta que ayuda a regular la expresión génica en los cloroplastos y el núcleo para optimizar la producción de energía a partir de la luz solar.
Anteriormente, el laboratorio Chory identificó un grupo de genes, incluido GUN1, que influyen en la expresión de otros genes en la célula cuando la planta experimenta estrés. GUN1 se acumula en condiciones estresantes, pero la función molecular exacta de GUN1 ha sido difícil de descifrar, hastaahora.
"Las plantas a menudo experimentan estresores ambientales, por lo que debe haber una vía de comunicación de cloroplasto a núcleo que ayude a la planta a saber cuándo conservar la energía cuando se produce una lesión", dice Xiaobo Zhao, primer autor y miembro postdoctoral en el laboratorio de Chory. "GUN1resulta jugar un papel importante en esto "
Para comprender cómo GUN1 regula la comunicación de cloroplasto a núcleo, los científicos observaron plantas con GUN1 funcional y no funcional bajo tratamientos farmacológicos que podrían dañar los cloroplastos. En plantas sin GUN1, la expresión génica cambió, al igual que la edición de ARN en cloroplastos. Edición de ARNes una modificación del ARN que cambia la identidad de los nucleótidos, de modo que la información en el ARN maduro difiere de la definida en el genoma, alterando las instrucciones para producir proteínas. Algunas áreas del ARN tenían más edición y otras ubicaciones tenían menos edición- sugiriendo que GUN1 juega un papel en la regulación de la edición de RNA de cloroplasto.
Después de un análisis más detallado, el equipo descubrió inesperadamente que GUN1 se asocia con otra proteína, MORF2 un componente esencial del complejo de edición de ARN de la planta, para afectar la eficiencia de la edición de ARN durante la comunicación de cloroplasto a núcleo en cloroplastos dañados.de MORF2 condujo a cambios de edición generalizados, así como a defectos en el desarrollo de cloroplastos y hojas incluso en condiciones normales de crecimiento ver imagen. Durante los períodos de estrés y lesiones, la sobreproducción de MORF2 también condujo a la interrupción de la comunicación de cloroplastos a núcleo.
"Tomados en conjunto, estos hallazgos sugieren un posible vínculo entre la comunicación de cloroplasto a núcleo y la edición de ARN de cloroplasto, que son funciones reguladoras importantes para las plantas con flores, especialmente durante el estrés", dice Chory, investigador del Instituto Médico Howard Hughes y titular de laHoward H. y Maryam R. Newman Cátedra en Biología Vegetal.
Luego, los investigadores planean examinar el mecanismo de cómo los cambios de edición de ARN en los cloroplastos activan señales que pueden transmitirse al núcleo, y cómo estas modificaciones alteran la capacidad de la planta para responder al estrés.
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Materiales proporcionado por Instituto Salk . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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