A medida que una planta en crecimiento extiende sus raíces en el suelo, las nuevas células que se forman en sus puntas asumen diferentes funciones, desde el transporte de agua y nutrientes hasta la detección de la gravedad.
Un nuevo estudio señala una forma en que estas células recién formadas, que contienen el mismo ADN, adquieren sus identidades especiales.
Los investigadores han identificado un conjunto de proteínas de unión al ADN en las raíces de la planta Arabidopsis thaliana que funcionan en combinación para ayudar a las células precursoras a leer selectivamente diferentes partes de la misma secuencia genética y adquirir sus diferentes destinos.
Dirigido por investigadores de la Universidad de Duke, el estudio ofrece pistas sobre una larga pregunta en biología del desarrollo, a saber, cómo las plantas y los animales producen tantos tipos de células a partir del mismo conjunto de instrucciones.
Los hallazgos aparecen en la edición del 5 de diciembre de la revista Célula del desarrollo .
Los tejidos de plantas y animales comienzan como células inmaduras llamadas células madre. Para que estas células no especializadas adquieran las características que hacen que una célula de hoja sea diferente de una célula raíz o una célula de sangre diferente de una célula muscular, deben activarse de manera diferentesubconjuntos de genes para producir las proteínas responsables de las propiedades distintivas de cada tipo de célula.
"Es un problema de huevo y gallina", dijo la primera autora Erin Sparks, una asociada postdoctoral con el profesor de biología de Duke Philip Benfey. ¿Cómo comienzan las células a activar genes diferentes si al principio son todas iguales?
Sparks, Benfey y sus colegas creen que han identificado una forma en Arabidopsis.
Arabidopsis, primo de la col y los rábanos, es el ratón de laboratorio del mundo vegetal. Las pequeñas raíces filiformes de la planta están formadas por aproximadamente 15 tipos de células, cada una con su propio conjunto de tareas.
Solo algunos de los 30,000 genes de la planta están activos en una célula raíz dada en un momento dado, gracias a proteínas llamadas factores de transcripción que activan y desactivan los genes según sea necesario.
El estudio se centró en un factor de transcripción clave en Arabidopsis llamado "Raíz corta", llamado así porque las plantas con versiones dañinas del gen de raíz corta tienen raíces atrofiadas.
En las últimas décadas, Benfey y sus colegas han demostrado que la raíz corta actúa como un interruptor maestro, iniciando el proceso que transforma las células precursoras de uso general en las células especializadas que se encuentran en ciertas partes de la raíz de Arabidopsis.
Investigaciones anteriores descubrieron que la raíz corta también activa otros factores de transcripción, creando una cascada en la que cada proteína reguladora de genes controla la siguiente en la vía de desarrollo de la raíz.
Los investigadores han identificado muchos de los objetivos genéticos de la raíz corta, pero no estaban seguros de qué controlaba el interruptor maestro de la raíz corta para iniciar la cascada.
La respuesta, según el nuevo estudio, radica en no una sino múltiples proteínas de unión al ADN.
Sparks usó una versión modificada de una técnica llamada ensayo de un híbrido de levadura para identificar más de 20 proteínas de raíz que probablemente se unirían a la región promotora del gen de raíz corta para controlar su actividad.
Efectivamente, las plantas con versiones mutantes de estas proteínas de unión al ADN produjeron células de raíz con niveles alterados de raíz corta.
Algunas proteínas de unión funcionan al activar el gen de raíz corta y otras al desactivarlo. Aunque la mayoría de estas proteínas están presentes en múltiples tipos de células de raíz, los investigadores encontraron que sus modelos estadísticos y experimentos en plantas vivas sugieren el efecto combinadoes activar el interruptor maestro de raíz corta en algunas celdas pero no en otras.
"Se trata del equilibrio entre activadores y represores", dijo Sparks. "Es su efecto coordinado lo que activa o desactiva la raíz corta".
Mecanismos similares podrían iniciar la diferenciación celular en otras especies de plantas también, dijo Sparks. Si es así, podría hacer que el destino celular sea más resistente a las mutaciones aleatorias en el código genético de una planta, incluso cuando tales cambios impiden que algunas proteínas reguladoras de genes se unan a lo previstoObjetivos de ADN.
"Al repartir la responsabilidad podemos proteger el sistema contra pequeños cambios", dijo Sparks.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :