Las plantas se preparan para las tardes frías activando procesos biológicos, como el cierre de sus estomas y sintetizando cera para evitar la pérdida de agua. Los biólogos han demostrado que estos procesos, que son inducidos por genes expresados por la noche, en realidad están regulados por proteínas de reloj quese producen durante el amanecer. Una mayor comprensión de estos procesos mediados por el reloj podría promover el crecimiento de las plantas en climas que son diferentes de su origen.
Para adaptarse a la alternancia entre el día y la noche causada por la rotación de la Tierra, muchos organismos poseen un reloj circadiano reloj biológico que está regulado por sus genes. Sin embargo, la interacción de genes relacionados con el circadiano de la plantael reloj aún no se comprende completamente.
En un nuevo estudio, publicado en línea en la revista La célula vegetal , un equipo de biólogos dirigido por Norihito Nakamichi en el Instituto de Biomoléculas Transformativas WPI-ITbM en la Universidad de Nagoya, ha descubierto que los genes del reloj producidos durante la noche están regulados por las proteínas del reloj producidas por la mañana.
El equipo también descubrió que estos genes del reloj vespertino son responsables de que las plantas realicen procesos biológicos para responder al medio ambiente durante la noche. Para prepararse para el frío durante la noche, las plantas preparan respuestas al estrés por sequía, transmitenseñales de las hormonas vegetales, regulan la apertura y el cierre de sus estomas y producen cera para evitar la pérdida de agua.
Muchos de los cultivos que vemos hoy en día son especies seleccionadas con propiedades optimizadas que están reguladas por su reloj circadiano. Por ejemplo, en Japón, los cultivares de trigo de floración temprana se cultivan para que puedan cosecharse antes de que llegue la temporada de lluvias. Floración tempranaSe han generado cultivares como resultado de la modulación de genes relacionados con el reloj circadiano. El descubrimiento de Nakamichi y sus colegas sobre un conjunto de genes clave del reloj para la resistencia a la sequía en las plantas puede permitir la generación de especies de plantas optimizadas para crecer en entornos específicos mediante la modificacióndel reloj circadiano.
El reloj circadiano en muchos organismos consiste en un ciclo de aproximadamente 24 horas. En las plantas, usan su reloj circadiano para que los procesos biológicos apropiados ocurran en el momento correcto del día. Por ejemplo, la luz repentina del día generará especies reactivas de oxígenoque son tóxicos para las plantas, por lo que las plantas comienzan a sintetizar moléculas que eliminarán las especies reactivas de oxígeno antes del amanecer.
Durante la tarde, las plantas se preparan para lidiar con las bajas temperaturas que seguirán a la puesta del sol. De esta manera, las plantas usan su reloj biológico para responder de antemano a los cambios en el entorno que están causados por la variación en el tiempo.
Se considera que el reloj circadiano consiste en una regulación mutua entre múltiples genes, pero esta complicada red de genes y moléculas no se ha aclarado por completo. Norihito Nakamichi, profesor asociado de ITbM y líder de este estudio que ha estado llevando a cabo plantasEl reloj circadiano desde 2004 decidió investigar cómo regulan varios eventos biológicos el reloj ". La razón por la que estoy interesado en estudiar el reloj biológico es porque realmente me gusta la lógica detrás de cómo el complejo de la planta produce diversos procesos biológicos.red de reloj ", habla Nakamichi.
"Desde 2011, hemos estado tratando de encontrar el factor clave que regula la expresión del gen que se transcribe durante la tarde", dice Nakamichi. El grupo utilizó el REGULADOR DE RESPUESTA PSEUDO 5 PRR5, que es un gen de relojde la planta modelo Arabidopsis thaliana.
"Primero planteamos la hipótesis de que CCA1, que es una proteína de reloj que se genera durante el amanecer, se une a una secuencia de ADN específica que participa en la expresión del gen objetivo PRR5", describe Nakamichi. "Recolectamos la proteína CCA1 unida aADN mediante una técnica llamada inmunoprecipitación de cromatina ChIP, y analizó la secuencia de ADN mediante secuenciación rápida de ADN ". Aunque la secuenciación rápida de ADN es una técnica bien conocida, el análisis exhaustivo de las secuencias de ADN puede ser un proceso bastante complicado".
"Realmente tuvimos que ir y venir muchas veces hasta que pudimos identificar que el gen PRR5 aparece en la región reguladora a una frecuencia alta", continúa Nakamichi. "Estaba extremadamente emocionado cuando vi los datos que sugieren que elLa proteína CCA1 actúa directamente hacia la región reguladora del gen PRR5 y tiene un efecto importante sobre él ".
Además, el grupo encontró en el cromosoma de la célula vegetal, la región de ADN objetivo de la proteína del reloj CCA1. "Encontramos muchos genes que se expresan en la noche cerca de la región de ADN a la que se une CCA1", explica Nakamichi.estos genes son responsables de las respuestas de la planta al estrés por sequía, la transmisión de las señales de la hormona vegetal, el ácido abscísico, la regulación de la apertura y el cierre de los estomas y la producción de cera ". Los resultados de nuestros estudios sugieren que la proteína CCA1 induceestos procesos biológicos ocurren en un momento específico durante la noche "
"Las plantas tienen un sistema de reloj sofisticado donde los procesos biológicos apropiados ocurren a la hora correcta del día. Si la proteína CCA1 no funcionó en la mañana, la planta comenzará a prepararse para el frío y evitará la pérdida de agua durante el día,"dice Nakamichi." Al poder activar y desactivar la función de las proteínas del reloj en el momento correcto, esto puede facilitar el crecimiento de plantas que son adaptables en diferentes climas ", continúa.
"Los genes relacionados con el reloj circadiano son comunes en muchas plantas. Muchos de los cultivos que se han seleccionado hasta ahora son en realidad los que tuvieron cambios repentinos, ya sea de forma natural o artificial, en los genes que controlan su reloj circadiano", diceNakamichi. "Creemos que nuestro trabajo ha contribuido a una mayor comprensión del mecanismo molecular del reloj circadiano en Arabidopsis thaliana. y esperamos que esto ayude a permitir la sintonización adecuada del reloj circadiano en muchas otras especies de plantas ".
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Materiales proporcionado por Instituto de Bio-Moléculas Transformativas WPI-ITbM, Universidad de Nagoya . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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