Casi toda la vida en la Tierra, en particular nuestros alimentos y nuestra salud, dependen del metabolismo de las plantas. Para comprender cómo funcionan estos procesos metabólicos, los investigadores del Instituto de Biología y Biotecnología de las Plantas de la Universidad de Münster con elparticipación de la Universidad de Bonn están estudiando mecanismos clave en la regulación del metabolismo energético. Ahora, por primera vez, un nuevo método de tecnología de biosensores in vivo les ha permitido monitorear en tiempo real los efectos de los cambios ambientales, por ejemplo, la luz, temperatura, aridez, inundaciones o infestación de plagas - tienen sobre el metabolismo central de la planta modelo Arabidopsis thaliana thale berro. El estudio apareció como una publicación anticipada en la revista La célula vegetal .
Antecedentes y metodología
El equipo de investigadores expresó un sensor codificado genéticamente dentro de las plantas para hacer literalmente 'visible' el proceso metabólico central. "Debido a que las plantas parecen ser muy estáticas desde el exterior, deben ser maestros superrápidos de la flexibilidad y la adaptación dentro de sucélulas ", dice la Dra. Janina Steinbeck, autora principal del estudio." Ahora podemos observar esas dinámicas en vivo en la planta viva ". Para medir el proceso metabólico en la planta y producir imágenes del mismo, los investigadoresbiosensor utilizado in vivo, un método para estudiar organismos vivos, tejidos o células en tiempo real. El biosensor consta de un elemento de reconocimiento biológico, una proteína que se une específicamente a una molécula a detectar, y un elemento de lectura, una proteína que traducela unión al elemento de reconocimiento en una señal de luz. El biosensor que se utiliza ahora se desarrolló originalmente para su uso en células nerviosas. Los investigadores perfeccionaron este sensor y lo desarrollaron para que pudiera utilizarse en plants.
El sensor puede unir directamente y luego liberar las moléculas NAD + y NADH. El llamado sistema redox NAD es de suma importancia para la transferencia de electrones durante el metabolismo en casi todos los seres vivos. El sensor consta de una proteína azul-verde fluorescente y unarojo, los cuales cambian su brillo dependiendo del estado de NAD en la célula. La lectura del sensor en células vivas se lleva a cabo con un moderno microscopio de barrido láser confocal. La posibilidad de usar la detección in vivo de NAD en plantas abre nuevasopciones para los investigadores de plantas. "Para nosotros, este nuevo método es un logro con respecto a la metodología porque ahora podemos obtener una comprensión directa de los procesos metabólicos precisamente donde ocurren en la planta", explica el profesor Markus Schwarzländer, director de Biología de Energía Vegetalgrupo de trabajo de la Universidad de Münster. "Por ejemplo, fue una completa sorpresa para nosotros observar que un proceso tan clave como el metabolismo de NAD cambia tan fundamentalmente durante una reacción inmunológica", añade.
Hasta ahora, los investigadores solo habían podido estudiar este tipo de procesos metabólicos obteniendo extractos de las plantas y analizándolos con métodos bioquímicos. En este enfoque, sin embargo, se destruyen células y tejidos, y no esYa es posible rastrear dónde ocurrieron exactamente los cambios metabólicos. Ahora, los investigadores pueden rastrear cambios dinámicos en el metabolismo redox, que, entre otras funciones, sirve para proporcionar energía en las células, desde compartimentos celulares específicos, aquí en el citosol,en las células individuales, hasta órganos completos en plantas vivas intactas. Este enfoque permite crear un primer mapa redox NAD de toda la planta y observar la dinámica redox en las transiciones de la luz a la oscuridad, así como los cambios en el estado del azúcar,respiración celular y suministro de oxígeno. "Como resultado, se hace evidente cuán directamente están vinculados el metabolismo y el medio ambiente", dice Markus Schwarzländer. "Lo que fue especialmente emocionante fue la nueva conexión con elrespuesta inmune, de la que antes prácticamente no teníamos idea, y que ahora necesita ser estudiada con más profundidad ".
casi al mismo tiempo que la publicación en La célula vegetal , se publicó un estudio de investigadores en Hong Kong en Comunicaciones de la naturaleza . En este estudio, se expresó un sensor diferente para NAD dentro de las plantas y se usó para estudiar la fotosíntesis. Los resultados de ambos estudios se apoyan mutuamente. "La información obtenida a través del nuevo método puede desempeñar un papel clave en el futuro en el cultivo de plantas quehacer que nuestra producción de alimentos sea más sostenible y contribuir a aliviar los efectos del cambio climático. También podría ser posible un reconocimiento temprano directo del estrés en los cultivos agrícolas ", dice Schwarzländer, con miras al futuro.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Münster . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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