CIENCIAS BIOLÓGICAS Y DE LA SALUD
La revolución del óxido nítrico en el mundo vegetal
Muestran por primera vez el mapa de la evolución de la síntesis de esta molécula que actúa como defensa para las plantas ante variaciones del ambiente.
Un consorcio internacional de investigadores del que participa Lorenzo Lamattina, investigador superior del CONICET en el Instituto de Investigaciones Biológicas (IIB, CONICET-UNMdP) de la ciudad de Mar del Plata, mostró que un grupo de enzimas – la óxido nítrico sintasa (NOS)- se conserva en algunas especies de algas pero no en plantas terrestres. Este hecho provee nuevas claves para saber cómo evolucionaron las plantas terrestres para generar óxido nítrico, fundamental para sus procesos biológicos. Los resultados fueron publicados en la revista Science Signaling.
El documento fue coordinado por David Wendehenne, del Centro Nacional de la Investigación Científica (CNRS, por su sigla en francés) y de la Universidad de Bourgogne, en Francia. Este laboratorio forma parte del ’Consorcio Internacional de 1000 plantas (1KP)’, y es el que reunió a científicos de seis países para aunar criterios referentes a la evolución del gen NOS en el mundo de las plantas y armar un mapa de presencia de este gen en el reino vegetal.
Los investigadores relevaron más de 1.000 especies de vegetales para el estudio. Esta gran matriz de datos ha permitido ver que, a diferencia de las hipótesis más aceptadas hasta ahora, las plantas terrestres no tienen el gen de NOS en su constitución y que, por el contrario, algunas clases de algas uni y pluricelulares sí lo tienen. Esto podría indicar una pérdida del gen en las plantas terrestres o una adquisición posterior del gen en el mundo de las algas.
“Desde la ciencia aún no hemos identificado si este gen existió en algún momento en las plantas terrestres y por alguna acción ya no lo contienen, o si las plantas acuáticas ganaron el gen NOS como parte de su evolución, en alguna posible transferencia horizontal. Es decir que una parte del ADN haya sido transferido de algún organismo conteniendo el gen NOS, a las algas. Justamente en el mar existen poblaciones enormes de virus que no están descriptas aún y están transfiriendo permanentemente material genético de un organismo a otro”, explica Lamattina y señala: “En nuestro laboratorio del IIB hemos sido los primeros en encontrar el gen NOS en un alga marina unicelular (Ostreococcus tauri). Este hallazgo del año 2010 tuvo mucha repercusión en el mundo científico. Y ahora, por el esfuerzo conjunto de algunos investigadores, se decidió utilizar los datos de 1KP para buscar allí la presencia de este gen”.
Esa búsqueda se basó en la identificación de 1087 secuencias vegetales en total y en 265 genomas de algas. El gen NOS sólo fue encontrado en 15 especies de algas. “Es una proporción chica pero ayuda a entender el movimiento y la evolución de los genomas en las algas y contar con nuevas herramientas para armar árboles filogenéticos con mayor grado de exactitud, dependiendo del parentesco” agrega Lamattina.
Otro importante aporte de la investigación muestra que las plantas terrestres, en su condición de organismos sésiles (aquellos que no tiene que desplazarse para obtener su alimento), han encontrado una mejor manera de generar el óxido nítrico a través de la asimilación del nitrato. “Las plantas terrestres al tener sus raíces en el suelo toman los nutrientes de la tierra, donde uno de los elementos esenciales es el nitrógeno y lo captan en forma de nitrato, mayoritariamente. Lo reducen para asimilarlo y que forme parte de sus proteínas, ácidos nucleicos, etc., es decir que lo metaboliza, lo asimila. Dentro de ese proceso de asimilación de nitrato, un subproducto es el óxido nítrico”.
Una de las ramificaciones de esta publicación es la transferencia del gen NOS de algas a las plantas terrestres superiores que no lo tienen y la posibilidad de estudiar su comportamiento. Esto se viene desarrollando en el Laboratorio de Fisiología Molecular e Integrativa del IIB y han alcanzado resultados que indican un aumento de las cualidades de estas especies. “Hemos comprobado que agregándole el gen de la NOS a las plantas terrestres genera una mejora, un plus al poseer la capacidad de producir óxido nítrico por una vía paralela que las ayuda a poder defenderse mejor de las situaciones estresantes como altas luminosidades, deficiencia de nitrógeno en el suelo, variabilidades climáticas extremas, entre otras. Y que, además, tienen una mayor uniformidad y velocidad de germinación”.
Con las conclusiones del trabajo se pone fin a la controversia acerca de si las plantas terrestres tienen o no el gen de la NOS. “A través de este estudio exhaustivo de más de 1.000 genomas se demuestra que las plantas terrestres no tienen un gen NOS y que han evolucionado generando el óxido nítrico por otra vía, diferente a la de los animales. Una vía relacionada a la asimilación del nitrato. Considero que la ciencia se hace de pequeños pasos y éste es uno de ellos”, concluye Lamattina.
El óxido nítrico (NO) fue descubierto hace alrededor de 30 años como una molécula que no es fundamentalmente tóxica para los seres vivos. Con el pasar de los años se encontró que, en concentraciones compatibles con la vida, el NO regula procesos vitales, como por ejemplo, equilibrar la presión sanguínea en los animales. El descubrimiento, realizado por tres científicos norteamericanos, les valió el Premio Nobel de Medicina en el año 1998.
A partir de allí se comenzó a investigar las funciones del NO en las plantas. En este sentido, el Laboratorio de Fisiología Molecular e Integrativa del IIB cumplió un rol pionero y fundamental a nivel internacional por descubrir y trabajar sobre muchas de las funciones del NO en plantas.
En este trabajo dirigido por Lorenzo Lamattina han tenido un gran aporte Noelia Foresi y Natalia Correa Aragunde, ambas investigadoras asistentes de CONICET.