El nuevo trabajo de un equipo conjunto de biólogos y ecologistas de plantas de la Universidad de Carnegie y Stanford ha descubierto el factor detrás de una innovación importante que hace que los pastos, tanto del tipo que forman praderas nativas como del tipo que hemos domesticado para los cultivos,entre las plantas más comunes y extendidas en el planeta. Sus hallazgos pueden permitir la producción de plantas que rinden mejor en condiciones climáticas más cálidas y secas, y son publicadas por ciencia .
Todas las plantas terrestres toman dióxido de carbono CO2 de la atmósfera y "exhalan" oxígeno y vapor de agua. Este intercambio es necesario para el crecimiento de las plantas; el dióxido de carbono se convierte en azúcares mediante la fotosíntesis, el proceso por el cual las plantas giran el solenergía en los alimentos. Pero también es un importante impulsor de los ciclos climáticos mundiales.
Una planta necesita equilibrar su capacidad de absorber CO2 con el potencial de perder agua. Para lograr este equilibrio, utiliza pequeños poros celulares similares a válvulas en las superficies de sus hojas llamadas estomas después de la palabra griega para bocas.En los pastos, estas válvulas están particularmente bien ajustadas; pueden abrirse para maximizar la absorción de CO2 y cerrarse rápidamente cuando las condiciones circundantes conducen a una mayor pérdida de agua.
Debido a que los cultivos de pasto como el maíz, el trigo y el arroz son una fuente importante de alimentos, el grupo Carnegie-Stanford quería saber por qué los estomas en estas plantas en particular funcionan mucho mejor que los estomas en otras plantas. Una característica obvia es que en la mayoríaLas plantas, los estomas se componen de solo dos llamadas "células protectoras", pero los pastos tienen un par adicional de células a cada lado, que se denominan "células subsidiarias". Estas células subsidiarias permiten que las células protectoras se abran y cierren especialmente rápidamente.
Además, mientras que las células protectoras de muchas plantas tienen forma de riñón, las células protectoras de césped tienen una forma inusual de "pesa". Las células subsidiarias junto a estas células con aspecto de pesa proporcionan un impulso mecánico para permitir que se abran por completo.
En este estudio, dirigido por Dominique Bergmann, un miembro honorario del personal adjunto en el Departamento de Biología Vegetal de Carnegie y profesor en el Departamento de Biología de la Universidad de Stanford, los investigadores utilizaron un pariente de trigo llamado Brachypodium para demostrar que todos los estomas de hierba con cuatro célulasla configuración, incluidas las dos celdas subsidiarias, responden mejor a las condiciones ambientales cambiantes y tienen un rango más amplio de aberturas para la apertura y cierre de poros. Esta sensibilidad probablemente mejora el rendimiento de la planta, particularmente en condiciones de altas temperaturas o sequía.
Además, el equipo, incluido el autor principal Michael Raissig de Stanford y el Director Interino de Carnegie Global Ecology, Joseph Berry, utilizó técnicas de investigación sofisticadas para identificar un gen específico que permite a Brachypodium formar las células subsidiarias laterales. El gen, llamado BdMUTE,codifica una proteína que se considera un "regulador maestro" del comportamiento celular activando y desactivando otros genes que dan a las células sus propiedades únicas. Sin este regulador maestro, los estomas de Brachypodium se parecen a los estomas bicelulares más primitivos que se encuentran en otras plantas, yEl equipo de investigación demostró que los pastos con estos estomas de dos células funcionan mal.
Lo que fue particularmente interesante y sorprendente es que BdMUTE no es una proteína nueva que solo se encuentra en los pastos. Más bien, es una versión ligeramente modificada de la proteína que, hace una década, demostró tener un papel diferente en la fabricaciónEstomas de dos celulas en la planta de mostaza de hoja ancha Arabidopsis. Cuando una celula de Arabidopsis se expone a esta version de la proteina MUTE, recibe el mensaje de que debe comprometerse a hacer celulas protectoras. Sin embargo, en Brachypodium, la proteina sale delprotegen los precursores celulares en las células vecinas y luego inducen a estos vecinos a convertirse en células subsidiarias en el complejo de cuatro celdas.
"¿Podría la movilidad de la versión de hierba de MUTE ser la clave de la capacidad de este regulador maestro para configurar estos estomas de hierba de cuatro celdas mejorados fisiológicamente?", Preguntó Raissig.
"¿Y podría utilizarse este hallazgo para hacer que los cultivos sean más resistentes a climas cálidos y condiciones de escasez de agua?", Agregó Bergmann. "Esto presenta un objetivo interesante para la investigación adicional que apunta a diseñar la forma y función del estomatal para ayudar a los cultivos a hacer frente en unclima cambiante y, en última instancia, proporcionar alimentos a nuestra población en constante crecimiento "
"Este elegante trabajo de Dominique y sus colegas es una hermosa ilustración de cómo las plantas desarrollaron soluciones de desarrollo para abordar problemas fisiológicos", dijo Sue Rhee, Directora de Biología Vegetal de Carnegie.
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Materiales proporcionado por Institución Carnegie para la Ciencia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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