Las semillas de plantas pueden sorprender al observador casual como poco espectacular, pero tienen propiedades que son nada menos que superpoderes. En estado seco, pueden almacenar su energía durante años y luego liberarla repentinamente para germinar cuando las condiciones ambientales son favorables.Por ejemplo, la "súper floración" en el Parque Nacional del Valle de la Muerte, cuando las semillas que han soportado el desierto seco y cálido durante décadas germinan repentinamente con la lluvia, seguida de una floración desértica rara y espectacular varios meses después. Las semillas conservan un embrión completamente formado, quesolo continúa creciendo cuando las condiciones son adecuadas para que lo haga. Este puede ser el caso solo años, o en casos más extremos, incluso siglos, más tarde.
La germinación de semillas está controlada por varias hormonas vegetales, que se investigan intensamente. Sin embargo, no se sabía mucho acerca de los procesos que deben llevarse a cabo para permitir que las hormonas funcionen. ¿Cómo está disponible la energía en la semilla? ¿Cómo puede el metabolismo energético?comenzar temprano y de manera eficiente? Un equipo internacional de investigadores ha estado investigando estas preguntas.
Utilizando un nuevo tipo de biosensores fluorescentes, los investigadores observaron, en las células de semillas vivas, tanto el metabolismo energético como el llamado metabolismo redox, que se basa en azufre. Los investigadores descubrieron que cuando las semillas entraban en contacto con el agua, el metabolismo energéticose estableció en cuestión de minutos, y las "centrales eléctricas" de las células vegetales, conocidas como mitocondrias, activaron su respiración. Los investigadores también descubrieron qué interruptores moleculares se activan para permitir que la energía se libere eficientementellamados interruptores tiol-redox que juegan un papel central.
"Al analizar los primeros procesos de control de la germinación, podemos obtener una mejor comprensión de los mecanismos que impulsan la germinación de semillas", dice el profesor Markus Schwarzländer de la Universidad de Münster Alemania, quien dirigió el estudio. "En el futuropodríamos pensar en cómo podrían usarse tales interruptores en la biotecnología de los cultivos ". Los resultados del estudio podrían ser relevantes en la agricultura, cuando las semillas necesitan mantener su vigor de germinación por el mayor tiempo posible, por un lado, pero también deberían germinar ensincronización y con pérdidas mínimas por otro lado. El estudio ha sido publicado en la revista PNAS Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
antecedentes y método
Para poder observar las actividades que tienen lugar en el metabolismo energético, los investigadores visualizaron bajo el microscopio adenosina trifosfato ATP, la moneda general para la energía en la célula, y Nicotinamida adenina dinucleótido fosfato NADPH, el electrónenergía, en las mitocondrias. Compararon semillas del berro de thale: tanto las semillas secas como las semillas "embebidas" con agua.
Para averiguar si los interruptores redox son importantes para iniciar la germinación, los investigadores desactivaron proteínas específicas utilizando métodos genéticos y luego compararon la reacción mostrada por las semillas modificadas con la de las no modificadas. Los investigadores permitieron que las semillas envejecieran artificialmenteen el laboratorio, y vieron que las semillas germinaban mucho menos activamente si carecían de las proteínas relevantes.
El siguiente paso de los investigadores incluyó el llamado análisis de proteoma redox, es decir, examinaron las proteínas redox relevantes en su totalidad con el uso de métodos bioquímicos. Para este propósito, aislaron mitocondrias activas y las congelaron rápidamente para poderpara estudiar este estado directamente donde se estaba llevando a cabo el proceso. Luego, los investigadores utilizaron métodos de espectrometría de masas para identificar varios llamados péptidos de cisteína que son importantes para la eficiencia de los recursos en el metabolismo energético.
"El proceso podría compararse con el sistema de control de tráfico de una gran ciudad. Antes de que comience la hora pico, es decir, la germinación, que pone grandes cantidades de metabolitos 'en la carretera', el semáforo y los sistemas de enrutamiento debense enciende por la mañana y aquí lo hacen los interruptores redox de tiol ", explica el autor principal, el Dr. Thomas Nietzel, quien realizó la mayoría de los experimentos como parte de su doctorado en el Instituto de Ciencia de Cultivos y Conservación de Recursos en elUniversidad de Bonn y más tarde como investigador postdoctoral en el Instituto de Biología y Biotecnología de Plantas de la Universidad de Münster.
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Materiales proporcionado por Universidad de Münster . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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