Científicos españoles han identificado determinados componentes del reloj circadiano que limitan el crecimiento de las plantas hasta el final de la noche.
La reciente concesión del Premio Nobel de Fisiología o Medicina a los tres investigadores estadounidenses Hall, Rosbash y Young por sus «descubrimientos de mecanismos moleculares que controlan el ritmo circadiano» ha popularizado enormemente este término –que proviene de las palabras latinas «circa» (alrededor de de) y «die» (día)–.
Gracias a los descubrimientos que estos científicos hicieron usando la mosca de la fruta, hoy sabemos que los organismos tienen un reloj interno construido a partir de un conjunto de proteínas celulares cuya cantidad oscila en periodos de 24 horas.
Estas oscilaciones, que se mantienen de manera autónoma, explican cómo los organismos vivos adaptan su ritmo biológico para sincronizarlo con las revoluciones de la Tierra.
Las plantas, como los animales, también tienen un reloj interno. De hecho, las primeras hipótesis sobre la existencia de un reloj circadiano en los organismos vivos surgieron con la observación de los movimientos de las hojas y las flores en las plantas.
Por ejemplo, las hojas de las plantas de mimosa se cierran por la noche y se abren durante el día.
En 1729, el astrónomo francés Jean Jacques d’Ortous de Mairan colocó una planta de mimosa en la oscuridad y observó que, a pesar de la ausencia del estímulo luminoso, las hojas aún se abrían y cerraban rítmicamente en el momento apropiado del día.
Los biólogos moleculares actuales saben bien que la planta que más utilizan como modelo, la ‘Arabidopsis thaliana’, alarga el tallo justo antes del amanecer cuando los días son cortos (invierno) y los estudios de los últimos años han demostrado que este alargamiento del tallo en las plántulas jóvenes está controlado por proteínas PIF, cuya acumulación celular depende de la luz solar.
Por lo tanto, la luz promueve la degradación de las proteínas PIF durante el día, mientras que, por la noche, las proteínas PIF se acumulan dentro de la célula y, justo antes del amanecer, promueven el crecimiento del tallo de la planta.
¿Pero por qué el tallo joven crece solo antes del amanecer y no durante toda la noche? La respuesta a esta pregunta se obtuvo gracias a un trabajo publicado en 2016 por el grupo dirigido por la investigadora del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en el Centro de Investigación en Genómica Agrícola (CRAG), Elena Monte, que descubrió que una proteína de reloj interno (TOC1 o PRR1) actúa como una puerta durante la noche, permitiendo que PIF actúe solo al final de la noche.
Ahora, un nuevo estudio del mismo equipo de expertos de CRAG, publicado esta semana en la revista ‘Current Biology’, amplía estos resultados: otros componentes de la misma familia de proteínas del reloj interno –PRR– actúan secuencialmente durante el día y la mayor parte de la noche para suprimir la acción de las proteínas PIF.
Como las proteínas del reloj descritas por los ganadores del Premio Nobel, la cantidad de las diferentes proteínas PRR (PRR1, PRR5, PRR7 y PRR9) oscila secuencialmente en periodos de 24 horas.
Al final de la noche, la cantidad total de proteínas PRR en la célula alcanza su mínimo, lo que permite la acción de las proteínas PIF, que, debido a la ausencia de luz, están en su punto máximo de concentración máxima.
Por lo tanto, aunque algunas proteínas PIF se detectan durante el día, no pueden promover la extensión del tallo hasta el final de la noche, cuando se abre la puerta, coincidiendo con las condiciones óptimas de humedad para el crecimiento.
«Nuestros resultados muestran que la regulación del crecimiento vegetal ha evolucionado en las plantas para abarcar la acción secuencial orquestada de los PRR. Esto demuestra el doble papel de los PRR: como reguladores de los componentes del reloj central y como represores fisiológicos del crecimiento».
«Gracias a este estudio, hemos aprendido cómo el reloj circadiano de la planta afecta al crecimiento de la planta, que es un proceso importante a nivel agronómico«, agrega Guiomar Martín, el primer autor del trabajo, que actualmente se encuentra en el Instituto de Ciencias Gulbenkian, en Portugal.
UN NUEVO GEN ES CLAVE PARA EL CRECIMIENTO DEL TALLO
En el trabajo publicado esta semana en ‘Current Biology’, los autores realizaron un análisis exhaustivo de las interacciones entre las proteínas y el ADN de la planta de ‘Arabidopsis thaliana’.
Esta evaluación reveló que el gen CDF5 induce el crecimiento del tallo justo antes del amanecer. Los investigadores han demostrado que la expresión del gen CDF5 está estrictamente regulada por la unión de las proteínas PIF (que promueven su expresión) y por las proteínas del reloj PRR (que evitan su expresión).
De esta forma, CDF5 se acumula específicamente durante la fase previa al amanecer, cuando induce el alargamiento celular y, en consecuencia, la extensión del tallo.
Para verificar la función de estos genes y estas proteínas, los investigadores observaron el crecimiento de las plantas de ‘arabidopsis’ que llevan mutaciones en estos genes.
Las plantas que habían perdido uno de los genes de la familia PRR (PRR7) crecieron más que sus contrapartes de tipo salvaje, lo que también ocurrió en las plantas en las que los investigadores modificaron el gen CDF5 para que pudiera expresarse durante las 24 horas, independientemente de las acciones de PIF y PRR.
