Científicos del Instituto Max Planck de Ecología Química en Jena y la Universidad de Heidelberg, Alemania, iluminaron la diversidad y la diferente acumulación de sustancias químicas en los tejidos de la planta modelo ecológica atenuador de nicotiana a. Para sus resultados, utilizaron la teoría de la información y la metabolómica computacional. Este enfoque fue diseñado específicamente para este estudio y permitió a los investigadores estudiar el metabolismo de las plantas a nivel de órganos individuales. Este nuevo método permite un acceso más eficiente aldiversidad de metabolitos vegetales y para una identificación más rápida de los genes que regulan su biosíntesis.
Las plantas son químicos orgánicos maestros. Son capaces de producir mezclas muy complejas de diferentes sustancias químicas. La biosíntesis y la acumulación de metabolitos secundarios de las plantas se adaptan fisiológicamente a los requisitos individuales en los tejidos vegetales respectivos. Un equipo de científicos dirigido por EmmanuelGaquerel de la Universidad de Heidelberg e Ian Baldwin del Instituto Max Planck de Ecología Química ahora ha analizado el metaboloma, el conjunto completo de productos químicos, en los tejidos de la planta modelo ecológica Nicotiana attenuata .
Las siguientes preguntas fueron de interés central: qué tejidos vegetales exhiben perfiles metabólicos distintos, qué metabolitos secundarios de las plantas se acumulan localmente principalmente en los tejidos de órganos particulares y, finalmente, cómo puede esta información contribuir a la identificación de los genes que regulan el metabolito¿producción?
Para responder a estas preguntas, los investigadores aprovecharon el campo de investigación emergente de la metabolómica y desarrollaron nuevos métodos computacionales para la evaluación de los datos analíticos recuperados de los análisis de sustancias espectrométricas de masas. El objetivo de la investigación del metaboloma es identificar y cuantificar la totalidad de los metabolitos deun organismo y sus interacciones. "Implementamos un flujo de trabajo que permite que los espectros de metabolitos se alineen rápidamente para hacer predicciones sobre la identidad del metabolito", explica Emmanuel Gaquerel.metabolitos desconocidos de datos de metabolómica compleja a gran escala "
Para su estudio, los científicos analizaron los perfiles metabólicos de 14 tejidos disecados diferentes de plantas de tabaco, como los órganos florales, el tallo, las hojas, las semillas y las raíces ". Esperábamos que los perfiles metabólicos de los órganos florales diferieran significativamentede otras partes de la planta. Sin embargo, también hubo diferencias considerables entre los órganos florales individuales. El muy alto grado de especialización metabólica que encontramos en las anteras de las flores de tabaco fue una sorpresa particular ", Dapeng Li, primer autor del estudio.y un estudiante de doctorado en el Instituto Max Planck, informa. Las anteras pertenecen a los estambres, que se consideran las partes masculinas de una flor. Contienen los sacos de polen en los que se produce el polen. Las anteras contienen derivados fenólicos específicos, que también han sidoencontrado en la capa de polen en estudios previos. La biosíntesis de estos derivados fenólicos y su acumulación en las anteras contribuyen sustancialmente al beneficio metabólico únicoIle de los órganos de reproducción masculinos.
La aplicación de herramientas y conceptos basados en enfoques de teoría de la información para calificar la diversidad metabólica facilitó nuevos conocimientos sobre la función de sustancias individuales en este estudio. La idea clave es considerar la diversidad metabólica de los tejidos como un tipo de información, como cualquier otra, que pueden analizarse estadísticamente. Para vincular la función metabólica con genes individuales, los científicos desarrollaron un atlas de genes y metabolitos secundarios que comparten patrones de activación similares en los diferentes tejidos de las plantas de tabaco. Con base en estos patrones, pudieron identificargenes candidatos que pueden ser responsables de regular la biosíntesis de un metabolito secundario ecológicamente importante. Particularmente con respecto a los metabolitos cuya biosíntesis aún no se ha dilucidado, este nuevo enfoque tiene un potencial para establecer tendencias y contribuirá considerablemente a una mayor investigación en el metabolismo de las plantas.
Ian Baldwin, director del Departamento de Ecología Molecular del Instituto Jena Max Planck, contribuyó enormemente al hecho de que Nicotiana attenuata se ha convertido en un organismo modelo importante para estudiar las interacciones entre las plantas y su entorno. "Las plantas modulan de manera muy sofisticada sus acumulaciones de metabolitos a nivel de tejido / órgano. Elucidar cómo se logra esto es fundamental si queremos entender cómo sobreviven las plantasen la naturaleza ", Baldwin resume los resultados del nuevo estudio.
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Materiales proporcionado por Instituto Max Planck de Ecología Química . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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