El futuro parece desafiante para las plantas. Se pronostica que el cambio climático traerá una sequía generalizada a partes del planeta que ya luchan con condiciones secas. Para mitigar los efectos potencialmente devastadores para la agricultura, los investigadores están buscando estrategias para ayudar a las plantas a resistir los peligros ambientales extremos, incluida la sequíay el estrés salino, un problema exacerbado cuando el agua irrigada pasa a través del suelo, depositando sales que luego pueden ser absorbidas por las raíces de las plantas, disminuyendo su productividad general.
Una táctica es ver las formas en que las plantas han evolucionado naturalmente para hacer frente a tensiones como el exceso de sal. En un nuevo estudio en Informes de celda , los investigadores dirigidos por el biólogo Brian D. Gregory de la Universidad de Pensilvania y el estudiante graduado Stephen J. Anderson han identificado un mecanismo que podría ser manipulado para desarrollar cultivos más tolerantes a la sal.
Su trabajo muestra que una pequeña etiqueta en las moléculas de ARN, las transcripciones que se traducen para producir proteínas, sirve para estabilizar y proteger estas cadenas de material genético. Cuando las plantas están expuestas a condiciones de alto contenido de sal, se conoce la marca de ARNcomo N6-metiladenosina, o m6A, previene la descomposición de las transcripciones que codifican proteínas que ayudan a las plantas a lidiar de manera más efectiva con las condiciones desafiantes.
"Así es como vamos a ayudar a los agricultores", dice Gregory, profesor asociado en el Departamento de Biología de Penn en la Escuela de Artes y Ciencias y autor principal del artículo. "Necesitamos identificar formas en que podamoshacer plantas más resistentes a la sal y a la sequía, y manipular esta vía podría ser una forma de hacerlo "
Para que un organismo produzca cualquier proteína, primero debe poseer la cadena correspondiente de ARN mensajero ARNm. Pero no todos los ARNm se convierten en proteínas; algunos se degradan antes de llegar a esa etapa. En los últimos años, tanto mamíferos como plantasLos biólogos han estado prestando atención a la marca m6A como un jugador en el proceso por el cual los ARNm están dirigidos a mantenerse o destruir.
"Ha habido una explosión de interés en esta marca", dice Gregory. "Se ha encontrado que es la modificación interna más abundante en ARNm".
En mamíferos, la mayor parte de la investigación apunta a la marca que etiqueta el ARNm para la destrucción. Y, aunque algunos estudios han sugerido que puede funcionar de la misma manera en las plantas, Gregory, Anderson y sus colegas querían obtener una visión más global.
Analizando hojas de Arabidopsis madura, los investigadores identificaron globalmente m6A en plantas normales, así como en aquellas en las que la enzima que agrega m6A había sido eliminada, agotando así experimentalmente la marca.
Descubrieron que las transcripciones que eran abundantes cuando estaban marcadas por m6A en las plantas normales eran mucho más bajas en las plantas mutantes empobrecidas en m6A, una señal de que la marca estaba actuando en una capacidad protectora para estabilizar las transcripciones.
Comparando estrechamente las plantas normales y mutantes, el equipo descubrió que m6A, cuando estaba presente, protegía las transcripciones al evitar que una enzima las degradara. Cuando faltaba esta marca, las transcripciones se cortaban y posteriormente se degradaban.
"Fue algo fortuito", dice Anderson, "pero resultó que esta desestabilización estaba ocurriendo justo al lado de donde deberían haber estado estas marcas pero no estaban en el grupo experimental de plantas".
El siguiente paso fue preguntar por qué las plantas podrían haber desarrollado este mecanismo en primer lugar. Los investigadores tenían indicios de que el etiquetado m6A podría estar involucrado en la respuesta al estrés, a juzgar por los genes afectados entre las plantas normales y mutantes. Pero, apara ponerlo a prueba, cultivaron plantas en un suelo con mucha sal y repitieron sus experimentos.
Descubrieron que el tratamiento con sal provocó que las plantas pusieran más marcas de m6A en las transcripciones de ARNm asociadas con la respuesta al estrés por sal, así como al estrés por sequía. En otras palabras, las plantas se ceñían para enfrentar un desafío ambiental.
"Esto le da a las plantas un mecanismo dinámico y realmente poderoso para regular la respuesta al estrés", dice Gregory. "Puede mover esta marca a las transcripciones que desea mantener".
"También hay evidencia", dice Anderson, "de que las plantas pueden eliminar activamente la marca de las transcripciones que no necesitan. Todavía estamos investigando ese mecanismo".
"Este trabajo", dice Karen Cone en la National Science Foundation, que financió la investigación, "proporciona una nueva y emocionante comprensión de cómo la información genómica interactúa con las señales del medio ambiente para producir resultados beneficiosos para el organismo. Los resultados prometen abrir elpuerta a futuros descubrimientos de cómo los organismos usan mecanismos basados en ARN para mantener la robustez y la adaptabilidad que necesitan para sobrevivir frente a los entornos cambiantes, un hallazgo que es directamente relevante para una de las 10 grandes ideas de NSF, Comprender las reglas de la vida: predecirFenotipo "
En experimentos de seguimiento adicionales, el laboratorio de Gregory examinará la participación de esta marca en otras situaciones estresantes para las plantas, como cuando están sujetas a daños por organismos como bacterias u hongos. Gregory y sus colegas también planean realizar experimentos en especies de plantas importantes paraagricultura, como la soja.
Un estudio adicional también puede ayudarlos a concentrarse en el mecanismo por el cual las plantas colocan esta marca en las transcripciones, ayudando en el desarrollo de estrategias para las plantas de ingeniería que pueden resistir mejor las condiciones desafiantes planteadas por la sequía.
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Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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