17/06/2015 | Ciencia Biológicas y de la Salud
De pelos y genes, o cómo las plantas se alimentan
Investigadores del Consejo descubren nuevas claves en el mecanismo que usan las células vegetales para crecer.
Las plantas poseen raíces, y en estas están unas células especiales llamadas pelos radiculares. Foto: CONICET Fotografía/ gentileza investigadores.

Por José Manuel Estevez*

Cuando nosotros los seres humanos enfrentamos condiciones desfavorables como frío, calor, hambre, etc., podemos desplazarnos hacia un sitio mejor. Las plantas, sin embargo, no pueden realizar eso ya que se encuentran ancladas a la tierra. Por esta razón, han desarrollado distintas estrategias poder satisfacer sus necesidades y adaptarse a las condiciones ambientales. Así es como las plantas poseen raíces, y en estas están unas células especiales llamadas pelos radiculares que les permiten explorar el suelo que las rodea y así satisfacer poder captar nutrientes y agua. Con mi grupo de trabajo estamos interesados en el estudio de los mecanismos que regulan el crecimiento de las células vegetales en general y en particular de los pelos radiculares. Estas células crecen de manera similar al polen, a las neuronas y a las hifas de los hongos.

Recientemente hemos publicado dos artículos en las destacadas revistas Molecular Plant y Plant Physiology. Estos trabajos fueron realizados en el Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias (IFIBYNE, CONICET-UBA). En ambos trabajos se profundizó el estudio de los genes responsables de la producción de unas proteínas fundamentales para el crecimiento de los pelos de las raíces. La primera autora de estos trabajos fue Melina Velásquez y mostraron que el crecimiento de los pelos radiculares es un proceso rápido que requiere un constante suministro de nuevos componentes o ladrillos para generar así una nueva pared celular y permitir el crecimiento de estas células. Entre estos ladrillos, se encuentran un tipo particular de proteínas estructurales llamadas extensina por estar asociadas a la expansión celular que además contienen azúcares en su composición.

Este grupo de investigación ya había empezado a dilucidar el mecanismo que regula la elongación de los pelos radiculares, identificando tres grupos de genes (fragmento de ADN que codifica para una o más proteínas) responsables de la producción de esas proteínas estructurales. Todo el proceso puede imaginarse como una línea de producción o ensamblaje donde el primer grupo prepara a las extensinas para que luego venga el segundo grupo y coloque los azúcares, dando como resultado a las extesinas funcionales que ayudan al pelo radicular a crecer.

En un trabajo publicado anteriormente en la prestigiosa revista Science el mismo grupo había demostrado que manipulando la expresión de estas proteínas mediante ingeniería genética podían generar tanto plantas con pelos dos veces más largos que lo normal o plantas con pelos muy cortos. Conocer en más detalle qué sucede cuando manipulamos estos genes nos permitiría optimizar potenciales aplicaciones biotecnológicas, entre las que podemos mencionar adaptar cultivos de interés agronómico al crecimiento en suelos áridos, ya que la existencia de pelos radiculares más largos se podría traducir en una mayor captación de nutrientes y agua.

En estas dos nuevas publicaciones, pudimos determinar que los genes del primer grupo se asocian entre sí para llevar a cabo su función pero que hay uno que es el más importante y lleva la batuta en este proceso de crecimiento (trabajo publicado en Molecular Plant). A su vez, logramos encontrar un nuevo actor que forma parte del segundo grupo que añade los azúcares que decoran a estas proteínas, y cómo se relaciona con los genes antes descriptos. También pudimos filmar a los pelos durante su crecimiento y de esa manera estudiar su velocidad de crecimiento cuando mutamos todos algunos de estos genes, y vimos que los pelos van más lentos y terminan antes (trabajo publicado en Plant Physiology). Las extensinas correctamente modificadas formarían una red tridimensional en la pared del pelo radicular, relacionándose también con otros “ladrillos” de la misma y eso haría que los pelos puedan expandirse correctamente. Cualquier interrupción en la línea de producción de las extensinas podría afectar la formación de esta red y la interacción con los otros ladrillos.

En estas publicaciones cabe destacar el apoyo económico y de recursos humanos del CONICET y del Ministerio de Ciencia junto con la colaboración internacional que posee nuestro grupo de investigación ya que participaron colegas de Dinamarca (Universidad de Copenhague), Estados Unidos (UC-Berkeley y Universidad de Stanford), el Reino Unido (Universidad de Leeds) y Brasil (Universidad Federal de Río Grande del Sur).

*José Manuel Estevez es investigador independiente del CONICET en el Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias (IFIBYNE, CONICET-UBA). Se recibió de Licenciado en Ciencias Biológicas, especialidad Botánica, en la Universidad Nacional de La Plata y obtuvo su doctorado en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires.

 

Para ir a las publicaciones originales haga click aquí (LINKS)
Velasquez S.M., et al. & J.M. Estevez. 2015. Low sugar is not always goods: impact of specific O-glycan defects on tip-growth in Arabidopsis. Plant Physiology. doi:10.1104/pp.114.255521. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25944827

Velasquez S.M. et al. & Estevez J.M. 2015. Complex regulation of Prolyl-4-hydroxylase 5 impacts root hair expansion. Molecular Plant 8:734-746. doi: 10.1016/j.molp.2014.11.017. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25655826

Velasquez S.M., et al. & J.M. Estevez. 2011. Essential role of O-glycosylated plant cell wall extensins for polarized root hair growth. Science 332, 1401-1403. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21680836

  • Sobre investigación:
  • S. Melina Velasquez. Becaria doctoral. CONICET. IFIBYNE. 
  • Martiniano M. Ricardi. Becario postdoctoral. CONICET. IFIBYNE.
  • Norberto D. Iusem. Investigador Principal. CONICET. IFIBYNE.
  • José M. Estevez. Investigador Independiente. CONICET. IFIBYNE.