No hay un sistema de órganos en el cuerpo que haga tanto por los humanos como las raíces por las plantas. Parte ancla y parte boca, la arquitectura del sistema de raíces de una planta es crítica para su éxito. Pero el proceso de cultivar nuevas raíces es costoso para una planta, y puede haber rendimientos decrecientes.
No está claro cómo una planta determina que es suficiente y deja de hacer raíces. Una nueva investigación de la Universidad de Washington en St. Louis identifica un transportador celular que une dos de las hormonas más poderosas en el desarrollo de las plantas, la auxina y la citoquinina,y muestra cómo están involucrados en frenar el inicio y la progresión de la raíz. El nuevo trabajo de Lucia Strader, profesora asociada de biología en Artes y Ciencias, y sus coautores se publica el 18 de julio en la revista Célula del desarrollo .
"Esto es emocionante porque durante mucho tiempo, hemos sabido que la auxina y la citoquinina tienen roles opuestos, pero los vínculos directos entre cómo uno de ellos podría afectar al otro en la producción de raíces laterales no se entendió bien", dijo Strader.
Las raíces laterales son las raíces que se ramifican horizontalmente como dedos que se extienden hacia los lados. Constituyen la mayoría de la masa de la raíz.
"Nuestros datos sugieren que una de las formas en que la citoquinina puede disminuir la producción de raíces laterales es aumentando los niveles de este transportador para limitar las contribuciones de este precursor de auxina en particular a la auxina activa", dijo.
Bombeo y liberación de los frenos
La hormona vegetal auxina controla casi todos los aspectos del crecimiento y desarrollo de la planta, incluido el crecimiento general de la raíz. La investigación previa ha demostrado que otra hormona importante llamada citoquinina tiene un efecto limitante: controla las ubicaciones donde posiblemente podrían brotar nuevas raíces laterales, yasegurando suficiente espacio entre las raíces vecinas.
Hasta ahora, sin embargo, los científicos no han identificado cómo estas hormonas se "comunican" entre sí.
Trabajando con la planta modelo Arabidopsis thaliana , Strader decodificó una clave para esta conversación.
Strader descubrió que un transportador celular que ella llamó TOB1 puede esconder un precursor de auxina al moverlo a una vacuola, un órgano en la célula de la planta que actúa como una especie de espacio de almacenamiento o pluma de retención. Esa acción evita el precursor, que esllamado IBA, que se metaboliza en auxina completa, con todas sus capacidades de promoción de raíces.
"Si TOB1 es el freno, la citoquinina es el pie en el freno", dijo Strader. "Es lo que dice cuánto TOB1 debería estar alrededor para amortiguar la producción de raíz lateral".
Las plantas pueden aumentar o relajar la retención según sea necesario. Strader y su equipo utilizaron técnicas de modificación genética para eliminar el transportador, y vieron efectos dramáticos en la próxima generación de plantas.
"Cuando se deshace de este transportador, tiene aproximadamente el doble del número de raíces laterales que el tipo salvaje, sin sacrificar la profundidad de la raíz", dijo Strader.
Strader también repitió algunos de sus experimentos con una levadura y ovocitos de rana con la ayuda de Wolf B. Frommer de la Universidad Heinrich Heine en Düsseldorf, Alemania en lugar de una planta, y descubrió que TOB1 es tan efectivo como un transportador paraIBA en estos sistemas.
Lento pero constante puede ser mejor para las plantas
La investigación de Strader muestra cómo ella y sus colaboradores comenzaron con un examen genético imparcial y terminaron identificando un regulador crítico de un aspecto del desarrollo de las plantas que a menudo se ignora, uno que no es fácilmente visible, porque las raíces están bajo tierra.
y Arabidopsis las raíces son pequeñas. A las dos semanas de edad, sus hojas son mucho más pequeñas que una moneda de diez centavos, y sus raíces son filiformes y transparentes. Para llevar el proceso de producción de raíces laterales a la luz del día, Strader buscó la ayuda de Christopher Topp, investigador principal del Centro de Ciencias de las Plantas de Danforth. Topp utilizó una técnica no destructiva para capturar las primeras imágenes en serie tridimensionales del desarrollo Arabidopsis plantas en medio - una hazaña que es notable, dada la cantidad de investigación que se ha llevado a cabo con esta planta modelo.
Lo que descubrieron es útil porque los mecanismos moleculares que regulan la arquitectura raíz están poco estudiados.
Comprender por qué y cómo las plantas hacen diferentes tipos de arquitecturas de raíces puede ayudar a desarrollar plantas que se adapten mejor a las distintas condiciones y ambientes del suelo. En el trabajo de seguimiento, Strader ya ha comenzado a ver cómo los mutantes TOB1 responden de manera diferente en suelos con diferentesmicronutrientes.
"Cuando te deshaces de tus frenos, te vuelves loco", dijo Strader. "Al principio, esto parece un buen rasgo agrícola. Quieres que todas tus plantas en el suelo exploren más suelo para obtener más nutrientes", para obtener más raíces en el agua.
"Pero, si nunca tienes un freno, pierdes tu tiempo haciendo más y más de estos", dijo. "Probablemente en algún momento del ciclo de vida de la planta, este enfoque lento pero constante es mejor que elen general, 'hagamos raíces laterales en todas partes', uno "
Financiación: Esta investigación fue apoyada por el Programa de Becas de Ciencias Vegetales William H. Danforth para SKP, la Fundación Nacional de Ciencias DGE-1143954 a TAE, IIA-1355406 y IOS-1638507 a CNT, MCB-1413254 a WF,e IOS-1453750 a LCS, el Centro NSF de Mecanobiología de Ingeniería CMMI-1548571 a LCS, los Institutos Nacionales de Salud R01 GM112898 a LCS, una cátedra Alexander von Humboldt a WF, Academia Sinica CHH,y el Ministerio de Ciencia y Tecnología, Taiwán 106-2311-B-001 -037 -MY3 a CHH.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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