Raíces rechonchas, ramas quebradizas, poca fertilidad: estos son algunos de los síntomas que pueden ocurrir en el caso de deficiencia de boro en las plantas. Gracias al transporte de proteínas llamadas proteínas intrínsecas similares a Nodulin26, las plantas de semillas modernas puedenSin embargo, esta capacidad no siempre fue inherente a las plantas. Una colaboración internacional de investigadores ha descubierto que el origen funcional enigmático de los NIP se encuentra dentro de las unidades de desintoxicación de arsénico genéticamente codificadas de las bacterias. Después de su transferencia horizontal de genesUna proteína, que es importante para el flujo de arsénico y la desintoxicación en las bacterias, se incorporó al conjunto de proteínas de transporte de las plantas terrestres y evolucionó para canalizar proteínas que son esenciales para la logística de transporte de las plantas superiores, nutrientes importantes, boro y silicio.
La mayoría de los micronutrientes esenciales para las plantas, como el cobre, el hierro y el zinc, por nombrar algunos son metales. Los dos metaloides boro y silicio también se consideran esenciales boro y altamente beneficiosos silicio para el desarrollo de las plantas de semillas.Aunque la mayoría de los otros organismos, desde las bacterias hasta los humanos, incluidas las plantas "inferiores", probablemente no tengan una necesidad esencial de estos dos elementos.tolerancia. Otra propiedad compartida de estos metaloides es que son absorbidos y distribuidos dentro de las plantas de semillas a través de las proteínas del canal intrínseco NIP Nodulin26. Los NIP son proteínas altamente conservadas y son exclusivas de las plantas. Los NIP pertenecen a la superfamilia de proteínas del canal deaquaporinas que transportan solutos no cargados como agua, peróxido de hidrógeno, glicerol, amoníaco y metaloides en diversos organismos. Sin embargo, hasta hace poco, la selectividad de transporte original y el origen funcional de los NIP eran inescrutables.
Al combinar intensos análisis de secuencia, contexto filogenético y genético, una colaboración internacional de investigadores ahora fue capaz de resolver los inicios transorganismales funcionales de los NIP. Dirigido por el Dr. Gerd Patrick Bienert del grupo de investigación Emmy Noether "Transporte de metaloides"del Instituto Leibniz de Genética de Plantas e Investigación de Plantas de Cultivos IPK en Gatersleben, los científicos revelaron que los NIP se originaron en las plantas debido a la transferencia horizontal de genes de una probable resistencia al arsénico bacteriana AqpN-aquaporina transportadora de ácido de arsénico localizada en operón al genomade un alga carofítica. Al igual que el boro y el silicio, el arsénico también es un metaloide. Las especies metaloides de ácido bórico, ácido silícico y ácido arsenioso se parecen estéricamente entre sí desde el punto de vista de la vía del canal de proteínas.
Las aquaporinas AqpN bacterianas ancestrales no se habían caracterizado funcionalmente hasta ahora. Los investigadores pudieron identificar NIP con características muy similares a las proteínas bacterianas ancestrales en plantas arquetípicas como algas, musgos y helechos. Curiosamente, estos NIP ancestrales así como tambiénsus progenitores bacterianos eran casi impermeables al agua y al silicio, pero transportaban arsénico y también boro. Utilizando un enfoque mutacional, los investigadores mostraron que durante la evolución de las plantas terrestres, se había producido un cambio en la selectividad funcional de los NIP. Las proteínas de transporte, queoriginalmente había funcionado como canales de salida de arsénico bacteriano, con el tiempo se convirtió en los transportadores de nutrientes esenciales que se encuentran en nuestras plantas de semillas modernas.
Además, los resultados del estudio también explican por qué las plantas de semillas que tienen una alta demanda de boro o silicio, como el arroz, a menudo acumulan niveles muy altos de arsénico cuando crecen en suelos ricos en arsénico: la selectividad ancestral del sustrato bacteriano, que es la permeabilidad al arsénico, todavía reside en nuestros NIP de plantas de cultivo actuales y conduce a una absorción y translocación de arsénico 'accidental' cuando los NIP apuntan a la regulación del transporte de boro o silicio en un entorno rico en arsénico.
"Sin la transferencia horizontal de genes de los canales de desintoxicación de arsénico bacteriano, nuestras plantas de cultivo modernas no podrían regular eficientemente la logística de transporte de boro o silicio y nuestros rendimientos de cultivos probablemente no serían tan altos como lo son".describe al Dr. Bienert la importancia de estos hallazgos. A pesar de esta capacidad de transporte, la deficiencia de boro todavía causa pérdidas en la producción de plantas agrícolas. Esta es una de las razones por las cuales los investigadores dentro del grupo "Transporte de metaloides" continuarán investigando los mecanismos detrás de la absorcióny distribución de boro en plantas, con el objetivo de reproducir cultivos con una eficiencia mejorada de boro y contribuir a un manejo optimizado de fertilizantes de boro en el campo.
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Materiales proporcionados por Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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