Las hormonas son pequeñas moléculas de señalización que viajan entre las células y envían mensajes para encender y apagar genes específicos, lo que afecta el comportamiento, las respuestas ambientales y el crecimiento. Las hormonas humanas incluyen testosterona, insulina y la hormona de crecimiento llamada. Las hormonas vegetales son completamente diferentes.conjunto de mensajeros químicos, que modulan actividades como el crecimiento del tallo, la producción de hojas y flores, el diseño de las raíces y el manejo de la alteración ambiental.
Estas son solo las clases de tareas que los biólogos de plantas buscan comprender con precisión a medida que aumenta la presión para alimentar a una población en crecimiento en medio del cambio climático sin control. Pero las hormonas en las plantas afectan una variedad tan amplia de genes y actividades vegetales que los detalles finos delas respuestas hormonales son, en el mejor de los casos, turbias.
Investigadores de la Universidad de Washington han desarrollado un nuevo juego de herramientas basado en células de levadura modificadas para descubrir cómo los genes y las proteínas de las plantas responden a la auxina, la hormona vegetal más ubicua. Su sistema, descrito en un artículo publicado el 19 de septiembre en Proceedingsde la Academia Nacional de Ciencias, les permitió decodificar los efectos básicos de las auxinas en la diversa familia de genes que las plantas utilizan para detectar e interpretar mensajes impulsados por las auxinas.
"Auxin tiene diferentes mensajes en diferentes contextos", dijo la autora principal y profesora de biología de la Universidad de Washington Jennifer Nemhauser. "Una célula responde a la auxina de una manera, mientras que su vecino hace exactamente lo contrario: dos respuestas diferentes de la misma sustancia química.estas celdas están entregando mensajes opuestos? "
Como la hormona vegetal más extendida, la auxina afecta a casi todos los aspectos de la biología vegetal, incluido el crecimiento, el desarrollo y la respuesta al estrés. Los biólogos saben desde hace mucho tiempo que la auxina actúa en tramos de ADN, llamados promotores, para activar o desactivar los genes cercanos. Perola auxina no solo activa o desactiva todos los genes cercanos. Con la auxina, algunos genes se activan, otros se desactivan y son posibles respuestas aún más matizadas. Las proteínas vegetales median estas respuestas variadas uniéndose a la auxina y luego a los promotores. Algunas proteínasdisminuir la expresión génica, mientras que otros hacen lo contrario
"Hay una gran cantidad de comunicación cruzada entre proteínas, y las plantas tienen una gran cantidad de genes que son objetivos de auxina", dijo Nemhauser. "Eso hace que sea increíblemente difícil descifrar el 'código' básico de auxina en las células vegetales"
Entonces, el equipo de Nemhauser cambió de células vegetales a levadura incipiente, un hongo unicelular y una herramienta de laboratorio popular. Los investigadores diseñaron células de levadura para expresar proteínas que respondían a la auxina, para que pudieran medir cómo la auxina modificó el estado activado / desactivado degenes vegetales clave que también insertaron en las células. En esencia, manipularon la levadura con jurado para responder a la auxina. Para Nemhauser, esto fue un simple cambio de enfoque con una recompensa potencialmente enorme.
"Cambiamos la perspectiva de este problema", dijo Nemhauser. "Al tomar la cuestión de la respuesta de auxina de las plantas y reconstruirla, pieza por pieza, en la levadura, pudimos descubrir las partes que más importan"
El equipo de Nemhauser podría introducir diferentes proteínas de respuesta a auxina en las células de levadura modificadas, midiendo cada vez cómo modificaron la expresión génica en presencia de auxina. Sus experimentos revelaron el "código" básico de señalización de auxina: cómo combinaciones específicas de represión olas proteínas activadoras pueden unirse a la auxina, el ADN y entre sí para afectar el comportamiento celular. Por ejemplo, sus experimentos con levaduras muestran que la proteína ARF19 activadora de genes debe unirse a una proteína idéntica para activar completamente los genes. Por otro lado, muchos genesLas proteínas silenciadoras no necesitan un compañero para desactivar los genes.
Estas y otras reglas simples solo se mostraron claramente en el sistema de levadura desarrollado por el equipo de Nemhauser. Ellos arrojan luz sobre la compleja interacción dentro de las células que produce mensajes claros mediados por auxina.
"Estas son una combinación complicada de factores dentro de las células que, cuando se interpretan a través de esta interacción, producen señales de salida sofisticadas, como '¿Debería esta planta invertir energía para hacer hojas o raíces?'", Dijo Nemhauser. "Y todo comienza coneste complejo baile entre la auxina y las proteínas que responden a la auxina ".
Nemhauser espera que esta herramienta basada en levadura, que desarrolló con el profesor de ingeniería eléctrica de la UW Eric Klavins, revele más detalles de las acciones de auxina en las células vegetales. Y espera que el conocimiento empoderará tanto a los agricultores como a los genetistas de plantas en su búsqueda para aumentar el cultivorendimientos y resistencia frente a las sequías y el cambio climático.
"Estas herramientas podrían hacer mucho, porque los sistemas biológicos son más complejos que cualquier cosa que podamos diseñar", dijo Nemhauser. "Y con las herramientas y el conocimiento correctos de estas vías de señalización hormonal, sabremos exactamente qué cambios - mínimoy dirigido - producirá los rasgos deseados en los cultivos "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington . Original escrito por James Urton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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