Cuando las temperaturas bajan, las plantas no pueden agruparse. Atrapadas afuera, expuestas, las plantas experimentan una serie de cambios bioquímicos que protegen a las células del daño. Los científicos han descrito estos cambios e identificado algunos de los genes que los controlan, pero no está clarocómo funcionan todos los procesos juntos. Al carecer de esta visión global, los fitomejoradores han luchado para diseñar cultivos tolerantes al frío.
Un estudio reciente de la Universidad de Illinois y la Universidad Técnica de Gebze en Turquía proporciona una nueva forma de pensar sobre el estrés por frío en las plantas que va más allá del enfoque tradicional de examinar un solo gen, proteína o vía bioquímica a la vez.simultáneamente examina la colección completa de genes, metabolitos, vías y reacciones involucradas en la respuesta al estrés por frío.
"Las posibilidades de que los criadores puedan modificar con éxito un solo gen y lograr una mayor tolerancia al frío son escasas. Necesitamos comprender todo el sistema: no solo el gen de interés sino todos los genes relacionados que afectan vías particulares y otras actividades biológicas involucradas enla respuesta al estrés de una planta ", dice Gustavo Caetano-Anollés, profesor del Departamento de Ciencias de Cultivos de la U de I y autor sobre el Fronteras en bioingeniería y biotecnología estudio. "Nuestro estudio identifica metabolitos significativos asociados con rasgos importantes y es un paso adelante en las técnicas de perfil metabólico".
La secuenciación de genes de la próxima generación hizo posible generar listas de todos los genes y proteínas que se expresan en un momento dado dentro de un organismo, lo que constituye millones de puntos de datos, pero todavía no había forma de entender cuáles eran todos ocómo estaban interactuando
Avanzando, el equipo de investigación examinó los puntos de datos recopilados de Arabidopsis thaliana, una pequeña planta comúnmente estudiada para comprender los procesos genéticos y fisiológicos, en cuatro puntos de tiempo durante la respuesta al estrés por frío. Utilizando una base de datos que anota genes y productos genéticos, el equipopudo construir una red de genes, metabolitos y vías, identificando todos los procesos involucrados en la respuesta al estrés por frío de la planta.
"Nuestro análisis reveló metabolitos asociados con el estrés en numerosas vías que no necesariamente pensamos que responderían al estrés por frío, incluidos los aminoácidos, carbohidratos, lípidos, hormonas, energía, fotosíntesis y vías de señalización. Eso muestra lo importante que espara ver la respuesta al estrés a nivel de sistemas ", dice Caetano-Anollés." Descubrimos que el estrés por frío primero desencadenó una explosión de energía, seguida de una desviación de los carbonos en el metabolismo de aminoácidos y lípidos ".
Ibrahim Koç, investigador de la Universidad Técnica de Gebze y coautor del estudio, agrega: "En particular, el etanol fue un metabolito importante involucrado en el manejo de la energía celular".
El descubrimiento indica una posible ruta hacia adelante para los fitomejoradores y los ingenieros biológicos, aunque se requiere más investigación para determinar si las vías involucradas pueden modificarse simultáneamente. Específicamente, la metodología permitirá a los científicos utilizar herramientas de biología de sistemas para estudiar las reacciones metabólicas que pueblanvías importantes y colectivamente diseñar enzimas para mejorar la forma en que las plantas responden a los insultos ambientales.
Es importante destacar que la investigación proporciona un método para observar los procesos metabólicos en prácticamente cualquier organismo. Caetano-Anollés sugiere que el método podría usarse, por ejemplo, para observar la resistencia a los herbicidas en las malas hierbas o la resistencia a los antibióticos en los mamíferos.
"Las estrategias que usan redes complejas que vinculan sistemáticamente las actividades de los genes con funciones biológicas relevantes ahora abren oportunidades notables para la ingeniería genética y la biología sintética", concluye Caetano-Anollés.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ciencias Agrícolas, del Consumidor y del Medio Ambiente de la Universidad de Illinois . Original escrito por Lauren Quinn. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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