Un equipo de científicos de la Universidad de Nagoya ha descubierto nuevos compuestos que pueden controlar los movimientos del estoma en las plantas. Algunos de los compuestos han demostrado que evitan que las hojas se sequen y suprimen el marchitamiento cuando se rocían sobre hojas de rosa y avena. Una investigación adicional podría conducir adesarrollo de nuevos compuestos que puedan usarse para extender la frescura de las flores cortadas y los ramos de flores, reducir los costos de transporte de las plantas y aplicarse como agentes de resistencia a la sequía para los cultivos.
Nagoya, Japón - Un grupo de biólogos de plantas y un químico en el Instituto de Bio-Moléculas Transformativas ITbM, la Universidad de Nagoya y la Universidad de Tohoku, ha utilizado la detección química para descubrir nuevos compuestos que pueden controlar los movimientos del estoma en las plantas, de acuerdo cona un estudio publicado en la revista Fisiología vegetal y celular . Han logrado encontrar compuestos que exhiben actividad de cierre de estomas, que se espera que sean útiles para la tolerancia a la sequía para suprimir el marchitamiento de las plantas, y también actividad de apertura de estomas, lo que conduciría a una mayor absorción de dióxido de carbono por las plantas, contribuyendo así a unsociedad baja en carbono. Este estudio explora un nuevo enfoque químico que no se basa en métodos genéticos clásicos para regular las aberturas estomáticas en las plantas.
Los estomas son pequeños poros presentes en la superficie de las plantas, incluidas las hojas, los pétalos de las flores y otros órganos, y son responsables del intercambio de gases con la atmósfera. A través de estos poros, las plantas absorben el dióxido de carbono necesario para la fotosíntesis y liberan agua por transpiración,que mejora la absorción de nutrientes de las raíces. Por lo tanto, la regulación de las aberturas estomáticas es esencial para el crecimiento de las plantas, así como la supervivencia en respuesta a diversas condiciones ambientales.
Los estomas consisten en un par de células de protección y se abren en respuesta a la luz azul presente en la luz solar. La apertura de los estomas conduce a la absorción de dióxido de carbono, explicando por qué ocurre la fotosíntesis durante el día. Cuando las plantas están en condiciones oscuras y / o estrés por sequía, una hormona vegetal, el ácido abscísico ABA se biosintetiza e induce el cierre de los estomas. Los estomas se cierran durante la noche para evitar la pérdida de agua de la planta.
Cuando las células protectoras en los estomas detectan luz azul, el fotorreceptor, la fototropina se activa e induce la señalización dentro de la célula. Como resultado de la señalización, se activa la enzima, la bomba de protones de la membrana plasmática PM H + -ATPasa, lo que conducea la absorción de iones de potasio. Esto desencadena la absorción de agua y la hinchazón celular que abre los estomas. Aunque se sabe que la activación de PM H + -ATPasa es significativa para la apertura del estoma, el mecanismo completo de la apertura del estoma aún no se ha aclarado.
"Como estábamos interesados en revelar el mecanismo de apertura del estoma, decidimos usar una biblioteca química para explorar las moléculas que afectan la apertura del estoma", dice el profesor Toshinori Kinoshita, biólogo de plantas en ITbM y el líder de este estudio. "Comenzamos esta investigación en 2014, y estábamos interesados en utilizar un enfoque basado en la química en lugar de técnicas genéticas clásicas para superar inconvenientes como la letalidad y la redundancia de los genes. También pensamos que el uso de compuestos para regular los movimientos estomáticos sería útil para el desarrollo de agroquímicos."
ITbM, que comenzó oficialmente en 2013, tiene una biblioteca química administrada por el Dr. Ayato Sato, que consta de compuestos comerciales y compuestos sintetizados por los químicos de ITbM. Kinoshita consideró que esta era una buena oportunidad para comenzar un nuevo enfoque.
Utilizando la hierba, Benghal dayflower como planta modelo, el Dr. Shigeo Toh, el Sr. Shinpei Inoue y el Dr.?Yosuke Toda, establecieron condiciones experimentales para detectar más de 20,000 compuestos. Se las arreglaron para encontrar compuestos exitosos después de un año aleatoriodetección de la biblioteca química. Esto incluye 9 compuestos que suprimen la apertura estomática inducida por la luz en más del 50%, y 2 compuestos que inducen la apertura estomática incluso en la oscuridad.
"La clave de esta investigación fue detectar y encontrar compuestos exitosos de la manera más eficiente posible de un vasto conjunto de compuestos", describe Kinoshita.
Un análisis adicional de los compuestos de cierre estomático SCL, SCL1 y SCL2, reveló que inhiben los componentes de señalización entre el receptor de fototropina y la enzima PM H + -ATPasa, inhibiendo así la activación inducida por la luz de PM H + -ATPasa y conduciendo asupresión de la apertura del estoma.
Los investigadores también rociaron SCL1 sobre hojas de rosa y avena y descubrieron que el marchitamiento de las hojas se suprimió con éxito durante un cierto período de tiempo.
"Este fue el mejor momento en nuestra investigación, para encontrar que las moléculas que habíamos descubierto tenían un efecto en la supresión del marchitamiento de las hojas", dice Kinoshita. "El hecho de que estos compuestos inducen el cierre del estomatal por un mecanismo diferente a la plantahormona, ABA es importante "
Junto con su efecto de cierre estomático en respuesta al estrés por sequía, también se sabe que ABA es un inhibidor de la germinación de semillas y el crecimiento de las plantas. Aunque ABA y sus derivados se están desarrollando actualmente como reactivos para inducir tolerancia a la sequía en las plantas, sus efectos secundarioshan sido un problema. SCL1 actualmente muestra que solo tiene un efecto en el cierre del estoma, por lo que el equipo considera que este es un buen punto de partida para el desarrollo de nuevos reactivos para la tolerancia a la sequía. Consideran que este tipo de compuestos serían útiles para mantenercorte las flores frescas y también reduzca los costos de transporte, simplemente rociando los compuestos en las plantas.
"Esperamos poder encontrar socios para trabajar en una mayor aclaración del mecanismo de apertura del estoma y desarrollar compuestos juntos que se puedan aplicar para la tolerancia a la sequía a varias plantas, incluidos los cultivos y flores principales", dice Kinoshita. "También creemosque al hacer que las hojas duren más, esto puede conducir a aumentar la variación de las hojas que se pueden usar en el arreglo floral tradicional japonés, Ikebana, que actualmente tiende a evitar el uso de hojas simples que pueden marchitarse fácilmente ".
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Materiales proporcionado por Instituto de Bio-Moléculas Transformativas ITbM, Universidad de Nagoya . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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