La función de las raíces de una planta va mucho más allá de simplemente servir como un ancla en el suelo. Las raíces actúan como la boca de la planta, absorbiendo, almacenando y canalizando agua y nutrientes esenciales para la supervivencia.
Los investigadores han dedicado un gran esfuerzo a diseñar plantas que sean más efectivas en estas tareas para desarrollar formas más resistentes que puedan resistir la sequía o las condiciones bajas en nutrientes.
En una nueva investigación, los investigadores de la Universidad de Pensilvania han dado otro paso para lograr este objetivo. Identificaron dos proteínas que regulan si una célula en las raíces de las plantas forma una célula ciliada, lo que aumenta el área de superficie para la absorción, o nocélulas ciliadas. Las plantas que sobreexpresaron uno de estos reguladores prosperaron a pesar de estar privadas de un nutriente clave, el fósforo.
"Normalmente las plantas responden a la privación de fósforo volviéndose más pequeñas, lo que significa menos biomasa, menos producción de alimentos y menos producción de semillas", dijo Brian Gregory, profesor asociado en el Departamento de Biología en la Facultad de Artes y Ciencias de Penn y autor principal de"Lo interesante es que, al sobreexpresar una de estas proteínas que identificamos, GRP8, pudimos producir plantas que no muestran este tipo de enanismo casi tan significativamente como las plantas normales bajo el hambre de fósforo. Ese es el fenotipo exacto que nosotrosquerer."
Tales plantas, que producen más células ciliadas y, por lo tanto, pueden absorber más fácilmente el agua del suelo, también podrían funcionar bien en condiciones que se prevé que sean más frecuentes bajo el cambio climático, especialmente en las sequías generalizadas.
El autor principal del trabajo, publicado en Célula del desarrollo , es Shawn W. Foley, un doctorado reciente en el Programa de Posgrado en Biología Celular y Molecular de la Facultad de Medicina Penn's Perelman. Contribuyentes adicionales de Penn fueron Sager J. Gosai, Nur Selamoglu, Amelia C. Solitti y FevziDaldal del Departamento de Biología, así como Benjamin A. García de Perelman, se unieron con Dongxue Wang y Roger B. Deal de la Universidad de Emory; Tino Köster, Alexander Steffen y Dorothee Staiger de la Universidad de Bielefeld de Alemania; y Eric Lyons de la Universidad.de Arizona. Deal y Gregory son co-corresponsales de los autores del artículo.
Los investigadores inicialmente continuaron el estudio con el objetivo de determinar la diferencia en el ARN entre dos poblaciones muy similares de células ciliadas y no ciliadas en las raíces de la especie de planta Arabidopsis thaliana. Utilizando poblaciones puras de núcleos de cada una de las dos célulastipos, emplearon un enfoque desarrollado anteriormente por el laboratorio llamado PIP-seq, que obtiene un catálogo completo de las interacciones entre el ARN y las proteínas de unión al ARN, interacciones que pueden influir en la expresión génica. Esta metodología también permitió al equipo examinar la estructura secundaria, o plegado, de todas las transcripciones de ARN de las células.
"Pudimos ver que había diferencias claras en la estructura secundaria de ARN, así como diferencias en la unión de proteínas entre el cabello de raíz y las células no capilares", dijo Foley.
Como siguiente paso, identificaron algunas de las proteínas de unión a ARN que mostraban distintos perfiles de unión entre las poblaciones celulares y encontraron dos que parecían significativas. Una, llamada SERRATE, "se sabe que juega un papel", dijo Foley, "enempalme alternativo y biogénesis de microARN, "procesos que pueden alterar la expresión génica de diferentes maneras".
Cuando interrogaron líneas de plantas mutantes con niveles reducidos de SERRATE, descubrieron que las plantas tenían más células ciliadas más largas.
Una segunda proteína de unión al ARN que identificaron fue GRP8, también una proteína conocida por afectar la respuesta de las plantas al estrés a través de procesos de regulación que afectan la expresión génica. Las plantas que los investigadores diseñaron para sobreexpresar GRP8 tenían un mayor número de células de pelo de raíz.
Para probar si este rasgo afectó la capacidad de la planta para crecer, cultivaron las plantas que sobreexpresan GRP8 en suelo empobrecido en fósforo. Descubrieron que estas plantas podían activar genes que aumentan la capacidad de absorber y transportar fosfato en comparación con lo normalplantas. El resultado fue plantas más grandes.
"En realidad, vemos una mayor absorción de fosfato, así como una mayor biomasa de estas plantas", dijo Foley. "Tenemos plantas más grandes y resistentes bajo la privación de fosfato. Creemos que se debe al funcionamiento de GRP8 en la vía de respuesta de fosfato que conduce a un aumento de la raízformación de cabello "
En una investigación en curso, los autores están probando para ver si estos hallazgos se extienden a otras especies de plantas, específicamente en plantas de cultivo. El fosfato es un recurso necesario para las plantas y, por lo tanto, un componente de la mayoría de los fertilizantes, pero el exceso de fosfato a menudo termina envías fluviales, donde puede dañar los ecosistemas acuáticos. El cultivo de plantas de cultivo que requieren menos fosfato podría disminuir estos problemas.
Además de las aplicaciones de los hallazgos para mejorar la eficiencia de la producción de alimentos, los investigadores señalan que su técnica para identificar las diferencias en el ARN entre dos tipos de células estrechamente relacionadas puede extenderse también a los sistemas más allá de las plantas.
"Este estudio es una demostración de nuestra capacidad", dijo Gregory, "de utilizar un enfoque de todo el genoma para estudiar dos tipos de células muy similares, y luego profundizar y encontrar proteínas biológicamente significativas para estudiar. Nos proporciona un modelo para nosotrosy otros para avanzar en la búsqueda de reguladores postranscripcionales en diferentes etapas de desarrollo y respuestas al estrés y todo tipo de escenarios.
Agregó Foley, "Algo como esto realmente plantea las preguntas de, si podemos tener diferentes procesos secundarios entre estos tipos de células, qué otros procesos pueden replegarse el ARN y qué otros procesos pueden ayudar a regular. Esa es una dirección del laboratoriova."
La investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias, la Fundación Alemana de Investigación y el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales.
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Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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