A medida que las demandas de alimentos aumentan a niveles sin precedentes, los agricultores están en una carrera contra el tiempo para cultivar plantas que puedan soportar los desafíos ambientales: infestación, cambio climático y más. Ahora, una nueva investigación en el Instituto Salk, publicada en ciencia el 23 de octubre de 2015, revela detalles sobre un mecanismo fundamental de cómo las plantas manejan su consumo de energía, que podría aprovecharse para mejorar el rendimiento.
"Las plantas son únicas en el sentido de que están atrapadas donde sea que germinen, por lo que deben usar una variedad de formas para enfrentar los desafíos ambientales", dice Joanne Chory, autora principal del artículo y directora del Laboratorio de Biología Molecular y Celular de Salk."Comprender las técnicas que usan las plantas para lidiar con el estrés puede ayudarnos a diseñar cultivos más fuertes con un rendimiento mejorado para enfrentar nuestra creciente escasez de alimentos".
Las plantas tienen orgánulos celulares similares a pequeños paneles solares en cada hoja. Estas estructuras microscópicas, llamadas cloroplastos, convierten la luz solar en energía química para permitir que la planta crezca. El centro de comando de la célula, el núcleo, ocasionalmente envía señales para destruirtodos los 50-100 cloroplastos en la célula, como en otoño cuando las hojas se vuelven marrones y se caen. Sin embargo, el equipo de Salk descubrió cómo el núcleo de la planta comienza a degradar y reutilizar los materiales de los cloroplastos seleccionados y que funcionan mal, un mecanismo quehabía sido sospechado pero nunca mostrado hasta ahora.
"Hemos descubierto una nueva vía que permite a una célula hacer un control de calidad de los cloroplastos", dice Jesse Woodson, científico del personal de Salk y primer autor del artículo. Los cloroplastos están llenos de enzimas, proteínas y otros materiales que elde lo contrario, la planta puede usar si el cloroplasto es defectuoso por ejemplo, creando materiales tóxicos o no es necesario.
Mientras estudiaba una versión mutante de la planta modelo Arabidopsis, el equipo notó que la planta estaba produciendo cloroplastos defectuosos que crearon una molécula tóxica reactiva llamada oxígeno singlete que se acumuló en las células. El equipo notó que las células marcaban los cloroplastos dañados paradegradación con una etiqueta de proteína llamada ubiquitina, que se utiliza en organismos desde la levadura hasta los humanos para modificar la función de una proteína. Bajo una investigación más cercana, el equipo observó que una proteína llamada PUB4 estaba iniciando el marcado.
"Los cloroplastos dañados estaban siendo recubiertos con esta proteína ubiquitina", dice Woodson. "Creemos que esto es fundamentalmente diferente a la señal de toda la célula, porque la célula quiere continuar haciendo fotosíntesis, pero tiene algunos cloroplastos malos para atacar y eliminar."
Mientras PUB4 había estado vinculado a la muerte celular en otro trabajo, el equipo de Salk demostró que esta proteína inicia la degradación de los cloroplastos al colocar etiquetas de ubiquitina para marcar el orgánulo para el reciclaje celular. Este proceso, dice Woodson, es como etiquetar paneles solares defectuosospara descomponerlos para otros materiales.
"Comprender la biología básica de plantas como esta degradación selectiva de cloroplastos nos lleva un paso más cerca de aprender a controlar los cloroplastos y diseñar cultivos que sean más resistentes a los estresores", dice Chory, quien también es investigador y titular del Instituto Médico Howard Hughesde la Cátedra Howard H. y Maryam R. Newman en Biología Vegetal. Por ejemplo, si una planta está creciendo en un ambiente bastante relajado, uno podría reducir la degradación de los cloroplastos para impulsar el crecimiento de la planta. O, siEl ambiente contenía mucho sol, estimulando la descomposición y la regeneración de cloroplastos podría ayudar a la planta a prosperar.
Curiosamente, los cloroplastos también podrían ayudarnos a comprender nuestros cerebros. Las neuronas tienen orgánulos generadores de energía similares a los cloroplastos llamados mitocondrias. "Recientemente se ha hecho evidente que las mitocondrias se degradan selectivamente en la célula y que la acumulación de mitocondrias malas podría conducir a enfermedades como el Parkinsony tal vez el Alzheimer ", dice Woodson." Las células, ya sean plantas o animales, aprenden a degradar orgánulos de energía difunta selectivamente para sobrevivir ".
Al comprender mejor este proceso en cloroplastos, el equipo de Salk también puede obtener una idea de cómo las células manejan el mal comportamiento de las mitocondrias. "Hasta ahora parece que podría ser un proceso paralelo", agrega Woodson. "EsperamosCon nuestras herramientas moleculares y genéticas disponibles para las plantas, podemos continuar descubriendo conceptos generales sobre cómo las células realizan estos controles de control de calidad en los orgánulos y también aprenden algo sobre la enfermedad neurodegenerativa ".
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Materiales proporcionado por Instituto Salk . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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