Muchos procesos vegetales no son diferentes a los humanos: las células y los tejidos en las plantas de granos, incluido el maíz, también se comunican a través de señales eléctricas. La forma y la frecuencia de estas señales le dicen a la planta cosas diferentes. Por ejemplo, les permite responder al calor yfrío, intensidades de luz excesivas o plagas de insectos.
Si, por ejemplo, una oruga comienza a mordisquear las hojas de una planta silvestre, se envía una señal eléctrica a las hojas que aún no han sido dañadas, lo que desencadena un mecanismo de respuesta: posteriormente se producen agentes amargos o sustancias tóxicas en todas partesla planta, lo que hace que la oruga deje de comer o matarla después de un tiempo. Pero la capacidad de producir sustancias amargas se ha extraído de los cultivos modernos por razones de sabor. Por lo tanto, se rocían pesticidas químicos en los cultivos para eliminar las plagas de la oruga..
Investigadores de Julius-Maximilians-Universität JMU Würzburg en Baviera, Alemania, ahora han arrojado nueva luz sobre la comunicación de la planta a través de señales eléctricas. Descubrieron que el canal de iones TPC1 contribuye a la excitabilidad de la planta. La función de este canal teníaanteriormente desconocido. Este descubrimiento puede allanar el camino para criar plantas que sean más resistentes a las plagas, el calor o la sequía a largo plazo, propiedades que son cruciales frente al cambio climático.
Publicación en Comunicaciones de la naturaleza
Los científicos de la JMU dirigidos por el biofísico Profesor Rainer Hedrich ahora han presentado sus hallazgos en la revista Comunicaciones de la naturaleza . Fue Hedrich quien descubrió el canal de iones TPC1 a mediados de la década de 1980, cuando era un postdoctorado con el Premio Nobel Erwin Neher en Gotinga. A lo largo de los años, estudió a fondo el canal y describió casi todas sus propiedades.
El nuevo documento de Hedrich llena otro vacío de conocimiento. Ya se sabía que las membranas celulares de las plantas eran excitables; los científicos ahora han demostrado que esto también se aplica a la membrana que encierra la vacuola central de las células vegetales, y TPC1 juega un papel claveaquí también. La vacuola es un compartimento cerrado lleno de una solución acuosa que puede ocupar hasta el 90 por ciento del volumen de una célula vegetal. Su objetivo principal es el de una despensa para almacenar nutrientes.
señal eléctrica concurrente con la onda de calcio
¿Cómo se desarrollan las señales eléctricas en la membrana de la vacuola? Cuando una hoja está herida, se activa una onda de calcio en la hoja lesionada además de la señal eléctrica. "Las dos señales se refuerzan mutuamente, permitiendo que la señal se propague por todas partesla planta ", explica Ingo Dreyer, profesor de la Universidad de Talca en Chile y colaborador de Hedrich.
En plantas con un TPC1 defectuoso, la onda de calcio viaja más despacio o nada en absoluto ". Este hallazgo nos llevó a estudiar las propiedades de la vacuola utilizando la técnica de fijación con parche", dice Hedrich. Resultó que las vacuolas que carecen de TPC1 no puedenestar excitado, ni por una carga eléctrica ni por un refuerzo de calcio. Sin embargo, en un mutante hiperactivo de TPC1, la excitación se mantuvo ". Esta técnica y otros análisis nos han permitido modelar matemáticamente el comportamiento vacuolar y predecir propiedades aún desconocidas de la vacuolacanales ", dice Dreyer.
Investigando la estructura y el funcionamiento del canal iónico
"Nuestro descubrimiento también es de interés para la investigación médica", dice Hedrich. Esto se debe a que los familiares del canal TPC1 también se han identificado en humanos. Pero aún no se sabe completamente qué papel juega el canal en las pequeñas vesículas de membrana,los endosomas de nuestras células. Por lo tanto, los investigadores médicos también están buscando características comunes en la estructura y función de TPC1 en plantas y humanos.
"Para proporcionar respuestas, los científicos de EE. UU. Realizaron análisis estructurales de rayos X para nuestras mediciones de pinzas de parche para determinar el modelo molecular subyacente a la función del canal. Esto hace que TPC1 sea uno de los canales de iones dependientes de voltaje mejor entendidos", dice el profesor de JMU.
TPC1 consta de dos subunidades idénticas. Cuando se ensamblan para formar un par, se crea un complejo que tiene un canal de iones en su centro que responde al voltaje y los iones de calcio. Hay un receptor de calcio en el extremo citoplasmático de TPC1 para activarel canal y otro receptor en el interior de la vacuola. Si la concentración interna de calcio es demasiado alta, el canal se bloquea y la vacuola pierde su excitabilidad.
TPC1 en evolución y cambio climático
"También nos preguntamos cuándo ocurrieron las funciones de TPC1 dependientes de calcio en las plantas por primera vez", dice Hedrich. Los musgos fueron evidentemente los primeros en hacerlo ". Ahora nuestro objetivo es averiguar si TPC1 también es responsable de la excitabilidaden los primeros ancestros de nuestros cultivos y si implantar alga o musgo TPC1 es capaz de curar la falla funcional en mutantes de plantas de cultivo modernas ".
Además, los investigadores descubrieron que hay familias de plantas cuyos miembros exhiben diferencias significativas en el desarrollo de las funciones de los canales individuales. Ahora quieren entender la razón de estas diferencias a nivel molecular. Además, tienen la intención de verificar si el menorlas diferencias facilitan la adaptación al estrés de la planta.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Würzburg . Original escrito por Robert Emmerich. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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