Las células vegetales comparten un extraño y sorprendente parentesco con las neuronas animales: muchas células vegetales tienen proteínas que se parecen mucho a los receptores de glutamato, que ayudan a transmitir las señales nerviosas de una neurona a otra. Mientras que las plantas carecen de un verdadero sistema nervioso, estudios anteriores han demostrado quelas plantas necesitan estas proteínas similares a los receptores de glutamato GLR para hacer cosas importantes como aparearse, crecer y defenderse de enfermedades y plagas.
Un estudio dirigido por investigadores de la Universidad de Maryland sugiere un nuevo modelo de cómo funcionan los GLR en las células vegetales. Trabajando con las células de polen de Arabidopsis thaliana, los investigadores descubrieron que los GLR forman la base de una red de comunicación compleja dentro de las células vegetales individuales. Sus hallazgos tambiénsugieren que los GLR dependen de otro grupo de proteínas, llamadas proteínas "cornichon", para transportar los GLR a diferentes ubicaciones y regular la actividad de GLR dentro de cada célula.
Con la ayuda de las proteínas de cornichon, los GLR actúan como válvulas que controlan cuidadosamente la concentración de iones de calcio, un aspecto vital de muchas vías de comunicación celular, dentro de varias estructuras dentro de la célula, encontró el estudio. La investigación, que podría informarEn la portada de la edición del 4 de mayo de 2018 de la revista, se presentan muchos estudios nuevos sobre la comunicación de célula a célula en plantas y animales. ciencia . Investigadores del Instituto Gulbenkian de Ciencia en Portugal y la Universidad Nacional de Autónoma de México fueron coautores del estudio.
"La concentración de calcio es uno de los parámetros más importantes dentro de todas las células. Está tan bien regulada que permite que las células codifiquen información. Dicho de otro modo, el calcio es la lengua franca de la comunicación celular", dijo José Feijó, profesor deLa biología celular y la genética molecular en UMD y el autor principal del estudio, señalando que el calcio también es vital para la función de las neuronas animales. "Nuestros resultados sugieren que los GLR juegan un papel en este sistema de comunicación básico en las plantas, y también proponemos unmecanismo de cómo funciona el sistema en las células vegetales "
Las similitudes entre los GLR y los receptores de glutamato animales sugieren que las proteínas se remontan a un ancestro común: un organismo unicelular que dio origen a animales y plantas. Sin embargo, Feijó notó algunas diferencias importantes entre los GLR y sus contrapartes en animalesneuronas
Para empezar, el glutamato, el neurotransmisor más común en el cerebro humano, no desempeña un papel importante en el sistema vegetal. Además, aunque se sabe que los receptores de glutamato se encuentran en la superficie externa de las neuronas animales, algunos de los de Feijoexperimentos anteriores sugirieron que los GLR podrían ubicarse en varias estructuras dentro de las células vegetales.
"Esta sería la única forma de explicar consistentemente los resultados que obtuvimos", dijo Feijó. "Nuestros resultados sugieren que los GLR se redistribuyen a otros compartimentos dentro de las células vegetales, formando una red compleja que coopera para regular las concentraciones de calcio y permitirseñalización de calcio. Esta es una nueva visión que abre caminos completamente nuevos para comprender la señalización de calcio en las plantas ".
Feijó y Michael Wudick, investigador postdoctoral en biología celular y genética molecular de la UMD y autor principal del artículo, sospecharon que las células vegetales usan un mecanismo específico para controlar la ubicación de los GLR en toda la célula. Esto llevó a Wudick a investigar las proteínas de cornichon, que están vinculados a la actividad de los receptores de glutamato en animales. Inicialmente identificadas en las moscas de la fruta, las proteínas cornichon reciben su nombre por la apariencia de pepinillo que una mutación específica del gen cornichon imparte a los embriones de la mosca de la fruta, dijo Feijo.
En sus experimentos con células de polen de Arabidopsis, el equipo de Feijó descubrió que las proteínas de cornichon transportan activamente GLR de un lugar a otro dentro de la célula, permitiendo que varios compartimentos dentro de la célula mantengan diferentes concentraciones de iones de calcio. Los cornichons también actúan como guardianes de GLR, cambiandolas moléculas receptoras se activan y desactivan como una válvula en respuesta a las condiciones cambiantes dentro de la célula.
En total, los resultados del equipo sugieren un modelo para la comunicación de células vegetales que es diferente a todo lo que se encuentra en los animales. Mientras que las neuronas animales usan receptores de glutamato para conducir señales de célula a célula, Feijó sugirió que las plantas dependen de estrategias de comunicación que operan en el único-célula de nivel.
"¿Por qué las plantas deberían tener receptores como los que hacen funcionar las neuronas? Nuestros resultados respaldan la idea de que las células vegetales individuales tienen un nivel de autonomía que las células animales no tienen", dijo Feijó. "Cada célula vegetal tiene su propio sistema inmunológico,por ejemplo. Y tienen más canales de comunicación para lidiar con el hecho de que están atrapados en su lugar. Cada planta con flores tiene más GLR que los animales tienen receptores de glutamato. Nuestro modelo propuesto para la comunicación de células vegetales sugiere una razón para esta abundancia de GLR ".
Feijó dijo que un mayor progreso hacia la decodificación de la comunicación de la planta podría dar como resultado pruebas confiables para diagnosticar enfermedades, deficiencias de nutrientes y otras enfermedades en las plantas. Dichas medidas podrían ayudar a garantizar la seguridad alimentaria, ya que el cambio climático y otros factores estresantes comienzan a afectar a los principalescultivos agricolas.
Feijó también señaló que una comprensión más profunda de los GLR podría revelar nuevos conocimientos sobre los receptores de glutamato animal y sus defectos, que podrían ser la causa de algunas afecciones neurodegenerativas.
"Algunos investigadores han sugerido que la neurodegeneración es causada por receptores de glutamato hiperactivos. Esto no está resuelto, pero hay algunas condiciones tanto en humanos como en perros que se han relacionado con mutaciones en los genes del receptor de glutamato", dijo Feijó.es posible que nuestro modelo pueda ayudar a investigar estas condiciones. La ventaja es que nuestro protocolo es muy fácil de usar ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Maryland . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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