Figure: Proteína ARF1en Marchantia, el interruptor encendido-apagado está marcado con una proteína fluorescente. Crédito: Shubhajit Das, Laboratorio de Bioquímica, Wageningem University & Research.
Cerdanyola del Vallès, 17 de agosto de 2020. Un equipo de investigación de la Wageningen University, en Holanda, el Sincrotrón ALBA y la Universidad de Kyoto ha demostrado que la respuesta enormemente compleja a la hormona vegetal auxina se puede reducir a un mecanismo muy simple del tipo interruptor. Básicamente, la auxina alterna el interruptor de un gen de “apagado” a “encendido” y, al mismo tiempo, un segundo factor compite con este interruptor y, por lo tanto, determina la sensibilidad de cada célula a la hormona. Debido a esto, la multitud de formas en las que las células de las plantas reaccionan a la auxina, ya sea una ramificación de la raíz o la formación de una flor, depende de la combinación del interruptor encendido/apagado con un botón de control de volumen.
La pequeña molécula de auxina es conocida por controlar diversos aspectos del crecimiento y desarrollo de la planta, y lo hace cambiando la actividad de diversos genes. Los Factores de Respuesta a Auxina (ARF, por sus siglas en inglés) son proteínas que se unen a los genes y los “encienden” o “apagan”, y la auxina determina si estas proteínas ARF están activas o no. La mayoría de las plantas tienen varias copias diferentes de las ARF, derivado de la duplicación de genes durante la evolución, seguido por cambios en sus propiedades. Lo que sigue es una red muy compleja de proteínas ARF que pueden desencadenar respuestas únicas a la misma hormona.
El equipo estudió el sistema de respuesta a auxina de la hepática Marchantia polymorpha. Se trata de una planta primitiva y tiene el sistema de respuesta a auxina más simple posible, tal y como los investigadores describieron en un artículo anterior en eLife. En el nuevo estudio en Nature Plants, esta vez el equipo hizo uso de la extrema simplicidad del sistema de respuesta a auxina de la Marchantia, y diseccionó su funcionamiento a través de una combinación de genética y bioquímica de proteínas. El trabajo reveló un diseño muy simple de dos proteínas ARF que compiten para estar en el corazón del sistema de la auxina.
Los científicos analizaron la estructura cristalina de las ARF en la línea de luz XALOC del Sincrotrón ALBA.
Cambio de visión fundamental para la auxina
“Creemos que nuestro descubrimiento cambiará fundamentalmente la manera en la que los investigadores ven el funcionamiento de la hormona auxina” comenta Dolf Weijers, responsable del Laboratorio de Bioquímica de la Wageningen University y líder de la investigación. “Al mismo tiempo, este salto en nuestro entendimiento sobre cómo las células responden a la hormona aporta nuevas habilidades sin precedentes para modifica la respuesta celular hormonal en plantas de cultivo, donde la propagación, enraizado y otros muchos rasgos dependen de la respuesta a auxina.”
Engañados por la complejidad
Durante décadas, estudios en plantas con flor, incluida la planta modelo Arabidopsis, han llevado a la idea de que las plantas utilizan una complicada red de factores de respuesta para permitir a diferentes células vegetales responder de diferentes formas a la misma hormona. De este modo, algunas células crecerán, otras se dividirán y otras se diferenciarán. También se cree que esta red permite a la misma hormona desencadenar la formación de raíces y la formación de flores, dependiendo de en qué lugar en la planta ocurra la respuesta a la hormona. Ahora, el equipo de investigación describe su descubrimiento de un principio muy simple que sustenta las complejas respuestas a la hormona vegetal auxina. Es probable que este mismo principio opere en otras especies de plantas, que tienen grandes familias de proteínas ARF. El presente estudio ayuda, por lo tanto, a tener un mejor entendimiento sobre cómo las plantas, incluidos los cultivos, responden a la hormona.
Referencia: Hirotaka Kato et al. Design principles of a minimal auxin response system, Nature Plants (2020). DOI: 10.1038/s41477-020-0662-y
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