Descubren cómo las plantas combinan fotorreceptores para percibir el paso del tiempo

Científicos de la Fundación Instituto Leloir (FIL) y del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) descifraron por primera vez una serie de mecanismos biológicos que integran información para que las plantas “sepan” el largo del día, es decir, la cantidad de horas de luz a lo largo de 24 horas.

“Nuestro hallazgo abre caminos para el desarrollo de cultivos que puedan reproducirse en otras latitudes o alterar su ciclo, a partir del conocimiento de los genes involucrados en la percepción del tiempo y el paso de las estaciones”, señala el doctor Pablo Cerdán, investigador independiente del CONICET –con lugar de trabajo en el Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires (IIBBA, CONICET-FIL)- y director del Laboratorio de Biología Molecular de Plantas de la FIL.

En el estudio, Cerdán y dos integrantes de su equipo, el doctor Maximiliano Sánchez-Lamas y el licenciado Christian Lorenzo (ambos becarios del CONICET en el IIBBA), realizaron una exhaustiva investigación sobre el funcionamiento de los receptores de luz u “ojos vegetales” de una planta muy usada en estudios de laboratorio.

“Esos sensores, llamados fitocromos, perciben la calidad y cantidad de luz, niveles de sombras y otros datos del entorno. Luego, esta información es comunicada a la planta y desencadena reacciones moleculares que regulan su crecimiento para que se desarrolle de la manera más adecuada de acuerdo al ambiente”, explica Cerdán quien también es profesor en la Universidad de Buenos Aires (UBA).

Tal como refiere la revista PLOS GENETICS, el laboratorio de Cerdán describió por primera vez la forma en que la planta responde a cada uno de sus cinco receptores de luz (A, B, C, D y E) y el modo en que la información que procesan se combina como si se tratara de un sistema integrado.

“A partir de la década de 1950 comenzaron a describirse los primeros sensores de luz. Muchos estudios se han centrado en el análisis de uno o algunos de ellos. Con mucha paciencia y dedicación, decidimos estudiar el modo en que la planta integra y hace un balance de los datos de todos los receptores en forma simultánea. Y de qué manera esta información influye en su desarrollo”, indicó Cerdán.

Para lograr su objetivo, los científicos realizaron experimentos con Arabidosis thaliana, un modelo vegetal que comparte información genética con el maíz, trigo y otros cultivos de importancia alimentaria.

“Creamos plantas que poseían solo uno o dos de los cinco fitocromos presentes, de modo tal de averiguar el papel de cada uno en procesos importantes en la vida de una planta, como la germinación y la floración”, explica el primer autor del estudio, Sánchez-Lamas.

En pasos posteriores, los investigadores determinaron el modo en que esos receptores lumínicos interactúan entre sí y generan juntos un “informe” sobre las condiciones del ambiente. “A partir de este ‘diagnóstico’, la planta despliega respuestas acordes para desarrollarse en forma eficiente”, señala Sánchez-Lamas.

Hay plantas que florecen cuando los días son largos, otras son de días cortos y también las hay insensibles al día.

“En nuestro laboratorio simulamos la primavera (días largos, fases más extensas de luz) y observamos, por ejemplo, que el sensor C promueve la floración mediante la inhibición de B y E”, puntualiza Sanchez-Lamas. “Por el contrario, en los cortos días del invierno simulado, vimos que el receptor C realizaba la función contraria, se asociaba con B para impedir la floración”. Al asociarse con C, B es más estable y por lo tanto se mantiene activo por períodos más extensos de oscuridad, como los observados en el invierno. De esa forma, la planta puede medir la extensión del período de oscuridad.

“Los resultados mostraron el mecanismo que hacen al sensor C esencial para la detección del largo del día”, subraya el doctor Cerdán.

El doctor Carlos Ballaré, investigador superior del CONICET y jefe del Laboratorio de Fotobiología Ambiental del Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agronomía (IFEVA), que depende de la UBA y del CONICET, y quien no participó del estudio, indicó que el principal aporte del trabajo realizado en la FIL es la generación de un conjunto de herramientas genéticas “que nos permite estudiar las funciones de cada una de esas proteínas fotorreceptoras”.

A partir de un mutante que carece de todas ellas, y presenta un desarrollo completamente anormal, los autores fueron “agregando” los genes que codifican a cada uno de los fitocromos individuales. Al analizar el desarrollo de los mutantes que iban “recuperando” genes de los cinco fitocromos, “podemos inferir qué funciones cumplen en el control del desarrollo de la planta y cómo interactúan entre ellos”, explicó Ballaré, quien también es profesor titular en la UBA y la Universidad Nacional de General San Martín (UNSAM).

El trabajo liderado por Cerdán se focalizó en una respuesta importante para los cultivos, como es la duración de la “fase vegetativa” o crecimiento. “Pero el mismo conjunto de herramientas puede ser usado por la comunidad científica para analizar un abanico mucho más amplio de respuestas fisiológicas de interés agronómico”, explicó Ballaré.