El reciente premio Nobel de Fisiología o Medicina a los tres investigadores estadounidenses Hall, Rosbash y Young por sus "descubrimientos de mecanismos moleculares que controlan el ritmo circadiano" ha popularizado mucho este término, que proviene de las palabras latinas "circa"alrededor de y "morir" día - Gracias a los descubrimientos que estos científicos hicieron usando la mosca de la fruta, hoy sabemos que los organismos tienen un reloj interno construido de un conjunto de proteínas celulares cuya cantidad oscila en períodos de 24horas. Estas oscilaciones, que se mantienen de forma autónoma, explican cómo los organismos vivos adaptan su ritmo biológico para que esté sincronizado con las revoluciones de la Tierra.
Las plantas, como los animales, también tienen un reloj interno. De hecho, las primeras hipótesis sobre la existencia de un reloj circadiano en organismos vivos se produjeron con la observación de movimientos de hojas y flores en las plantas. Por ejemplo, las hojas de las plantas de mimosa se cierranpor la noche y abierto durante el día. En 1729, el astrónomo francés Jean Jacques d'Ortous de Mairan colocó una planta de mimosa en la oscuridad y observó que, a pesar de la ausencia del estímulo de la luz, las hojas aún se abrían y cerraban rítmicamente en el momento apropiadohora del día.
Los biólogos moleculares de hoy saben bien que la planta que más usan como modelo, la Arabidopsis thaliana , alarga el tallo justo antes del amanecer cuando los días son cortos invierno. Los estudios en los últimos años han demostrado que este alargamiento del tallo en las plántulas jóvenes está controlado por proteínas PIF, cuya acumulación celular depende de la luz solar. Por lo tanto, la luzpromueve la degradación de las proteínas PIF durante el día. Sin embargo, por la noche, las proteínas PIF se acumulan dentro de la célula y, justo antes del amanecer, promueven el crecimiento del tallo de la planta. Pero ¿por qué el tallo joven crece solo antes del amanecer y no durante toda la noche?
La respuesta a esta pregunta vino con un trabajo publicado en 2016 por el grupo dirigido por el investigador del CSIC en el Centro de Investigación en Genómica Agrícola CRAG, Elena Monte. Ese estudio descubrió que una proteína de reloj interno TOC1 o PRR1actúa como una puerta durante la noche, lo que permite que PIF actúe solo al final de la noche. Ahora, un nuevo estudio realizado por el mismo grupo de investigación CRAG, publicado esta semana en la revista Biología actual , expande estos resultados. Elena Monte, junto con su equipo y colaboradores, descubrió que otros componentes de la misma familia de proteínas del reloj interno -el PRR- actúan secuencialmente durante el día y la mayor parte de la noche para suprimir la acción del PIFproteínas
Como las proteínas del reloj descritas por los ganadores del Premio Nobel, la cantidad de las diferentes proteínas PRR PRR1, PRR5, PRR7 y PRR9 oscila secuencialmente en períodos de 24 horas. Al final de la noche, la cantidad total de proteínas PRRen la célula alcanza su mínimo, permitiendo la acción de las proteínas PIF, que, debido a la ausencia de luz, están en su pico de concentración máxima, por lo tanto, aunque algunas proteínas PIF se detectan durante el día, no pueden promover la extensión de la proteína.tallo hasta el final de la noche, cuando se abre la puerta, coincidiendo con las condiciones óptimas de humedad para el alargamiento.
"Nuestros resultados muestran que la regulación del crecimiento de las plantas ha evolucionado en las plantas para abarcar la acción secuencial orquestada de los PRR. Esto demuestra el doble papel de los PRR: como reguladores de los componentes del reloj central y como represores fisiológicos del crecimiento".explica Elena Monte. "Gracias a este estudio, hemos aprendido cómo el reloj circadiano de la planta afecta el crecimiento de la planta, que es un proceso importante a nivel agronómico", agrega Guiomar Martín, el primer autor del trabajo, que actualmente se encuentra en elInstituto de Ciencias Gulbenkian Portugal.
CDF5: un nuevo gen clave para el crecimiento del tallo
En el trabajo publicado esta semana en Biología actual , los autores realizaron un análisis exhaustivo de las interacciones entre las proteínas y el ADN de la Arabidopsis thaliana planta. Este análisis reveló que el gen CDF5 induce el crecimiento del tallo justo antes del amanecer. Los investigadores han demostrado que la expresión del gen CDF5 está estrictamente regulada por la unión de las proteínas PIF que promueven su expresión y por las proteínas del reloj PRR queevitar su expresión. De esta manera, CDF5 se acumula específicamente durante la fase previa al amanecer, cuando induce el alargamiento celular y, en consecuencia, la extensión del tallo.
Para verificar la función de estos genes y proteínas, los investigadores observaron el crecimiento de plantas de arabidopsis portadoras de mutaciones en estos genes. Las plantas que habían perdido uno de los genes de la familia PRR PRR7 crecieron más que sus contrapartes de tipo salvaje. Lo mismosucedió en plantas en las que los investigadores modificaron el gen CDF5 para que pudiera expresarse durante las 24 horas, independientemente de las acciones de PIF y PRR.
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Materiales proporcionados por Centro de Investigación en Genómica Agrícola . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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