A medida que empujamos los límites de la agricultura para alimentar a más personas en un mundo más cálido, no entendemos cómo las plantas perciben la temperatura.
En un sorprendente giro de los acontecimientos, los científicos de la Universidad de Buenos Aires en Argentina y la Universidad de Washington en St. Louis acaban de descubrir que los sensores de luz de las plantas también responden a la temperatura.
Las plantas contienen proteínas especializadas sensibles a la luz que cambian de forma cuando absorben luz, al igual que los fotopigmentos del ojo humano. Todas las plantas tienen tres fotorreceptores principales de luz roja, llamados fitocromo A, B y C.
Como parte de un esfuerzo por crear plantas que puedan tolerar diferentes condiciones de crecimiento, Richard Vierstra, profesor de Artes y Ciencias de George and Charmaine Mallinckrodt en la Universidad de Washington en St. Louis, ha estado desarrollando una biblioteca de mutantes de fitocromo B, incluidos los que sonmucho más o menos sensible a la luz que la planta de tipo salvaje.
Para comprender mejor sus plantas mutantes, el laboratorio de Vierstra las compartió con el laboratorio de Jorge J. Casal en Argentina, donde la estudiante de doctorado Martina Legris las cultivó en una amplia variedad de condiciones cuidadosamente controladas.
"Obtuvimos resultados 'extraños' que no se podrían explicar a menos que el fitocromo con el que estábamos trabajando fuera sensible a la temperatura y a la luz", dijo Vierstra.
A medida que aumenta la temperatura, algunas plantas expuestas a la luz solar constante generan menos de la forma biológicamente activa del fitocromo B, no más, como era de esperar.
En las temperaturas de verano, estas plantas se comportan como si tuvieran poca luz a pesar de estar bajo un sol brillante.
Los hallazgos se publicarán en la edición del 27 de octubre de ciencia , junto con un documento complementario también sobre sensores de temperatura de plantas de un laboratorio de la Universidad de Cambridge en Inglaterra.
Un interruptor con los temblores
Vierstra explica que las proteínas de fitocromo funcionan cambiando entre dos formas, llamadas Pr y Pfr.
La forma Pr es mejor para absorber la luz roja, que es abundante a pleno sol. Cuando absorbe la luz roja, el fitocromo se convierte al estado Pfr, que es mejor para absorber la luz roja lejana que predomina en la sombra. Cuando la Pfr absorbeluz roja lejana, cambia de nuevo a la forma Pr.
Este pequeño e inteligente sistema es capaz de detectar muchas calidades diferentes de luz, incluida la intensidad de la luz codificada en la velocidad a la que la molécula rebota de una forma a otra y el color de la luz codificado por la proporción deForma Pfr a la forma Pr. La intensidad le dice a una semilla cuándo emerger del suelo y el color le dice a la siembra cuándo crecer alto para evitar la sombra.
"La belleza de esto es que puede purificar los fitocromos, ponerlos en un tubo de ensayo y ver cómo cambian de forma simplemente iluminando las soluciones con luz roja o roja lejana", dijo Vierstra. Así que no son productos denuestra imaginación. "
un reloj de arena que corre demasiado rápido
Pero esta descripción omite una conversión. Pfr se puede convertir en Pr absorbiendo luz roja lejana, pero también mediante un proceso llamado reversión térmica, que ocurre sin luz.
La gente pensaba que la reversión térmica funcionaba como un reloj de arena, dijo Vierstra. Tan pronto como se puso el sol, el reloj de arena comenzó a correr y Pfr comenzó a gotear de regreso a la forma Pr. La cantidad de Pfr al final de la noche indicabala planta cuánto duró la noche.
Esto es importante porque la duración de la noche varía con la estación, especialmente fuera del ecuador. Por lo tanto, los cambios en la duración del día y de la noche ayudan a las plantas a saber dónde se encuentran en el ciclo estacional, lo que a su vez les ayuda a florecer enla temporada correcta.
Sin embargo, nadie había podido probar la idea de que la reversión térmica era un reloj de arena o un temporizador. Pero mientras jugaban con el fitocromo B, el laboratorio de Vierstra creó mutantes de fitocromo que eran reversores rápidos y reversos lentos. Y estoslos mutantes se encontraban entre los que viajaron a Argentina.
Cuando cultivaron las plantas, el laboratorio de Casals obtuvo resultados extraños que solo podían entender si la reversión térmica era mucho más rápida de lo que nadie pensaba; y solo si la tasa de reversión es muy sensible a la temperatura. En otras palabras, la única interpretación posible era queEl fitocromo B en la planta de tipo silvestre sin modificar es un sensor de temperatura y de luz.
"La planta está buscando Pfr, que le dice que la luz está encendida", dijo Vierstra. A la luz del sol, una planta produce lentamente más y más Pfr hasta que la reacción que convierte Pr en Pfr se satura. Pero a medida que aumenta la temperatura, elLa reversión térmica comienza a funcionar tan rápido que las plantas acumulan relativamente poca Pfr.
"Se esperaría que a temperaturas más altas la reacción Pr -> Pfr fuera más rápida", dijo Vierstra, "y probablemente lo haga, pero la reversión térmica es aún más rápida. Borra la señal de luz porque la reacción de reversión es más sensible atemperatura que la que crea la señal luminosa.
"Puede predecir lo que hará esto a medida que aumenta la temperatura", dijo Vierstra. Las plantas que producen una gran cantidad de Pfr son cortas, intensamente verdes y felices. Pero la reversión térmica reducirá la Pfr a temperaturas más altas, por lo que las plantas responderáncomo si estuvieran en la oscuridad aunque estén en la luz y crecieran altos y de piernas largas ".
"Todavía no sabemos si es solo el fitocromo B el que es un sensor de temperatura", dijo Vierstra. Entonces, en este momento, los miembros de su equipo, incluido el científico investigador Sethe Burgie, están tratando de obtener una medición precisa de los otros fitocromos."Una vez que hayamos resuelto esto, podríamos crear mutantes que sean menos o más sensibles a la temperatura modificando la reversión térmica".
Viniendo del frío
"Los fitocromos son los peores para trabajar", dijo Vierstra. "Tienes que pasar cuatro días en la oscuridad para purificarlos. Son increíblemente inestables, están presentes en niveles muy bajos y tienen todo tipo de variantes. Y a diferencia de la mayoría de las otras proteínas, sus secuencias de aminoácidos tampoco nos dicen cómo funcionan los fitocromos.
"Entonces, cuando las personas purifican los fitocromos, quieren mantener las proteínas lo más felices posible y eso significa mantenerlas lo más frías posible. ¡Todos los experimentos se hacen en hielo!
"¡Y es por eso que no nos dimos cuenta hasta ahora de que los fitocromos podían actuar como sensores de temperatura!"
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis . Original escrito por Diana Lutz. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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