Las Plantas Aprovechan Las Moléculas ‘malas’ Para Lograr Buenos Fines: Así Es Como

Plántulas de Arabidopsis thaliana

Imágenes de primer plano de Arabidopsis thaliana en el laboratorio de Philip Benfey. Sus tejidos translúcidos permiten mirar a través de un microscopio y observar cómo se desarrolla el desarrollo.
Crédito: Universidad de Duke

La identificación de las complejas interacciones moleculares que regulan el crecimiento de las raíces podría conducir a cultivos más productivos.

Cuando la mayoría de la gente piensa en una planta, imagina tallos, hojas, flores y todas las partes que son visibles sobre el suelo. Pero el biólogo de Duke, Philip Benfey, está más interesado en la mitad oculta de la planta que está enterrada bajo el suelo. Raíces: pueden estar fuera de la vista, dice Benfey, pero desempeñan un papel fundamental, anclando la planta y absorbiendo agua y nutrientes.

Ahora, Benfey y sus colegas Masashi Yamada y Xinwei Han han reunido nuevos detalles en la cascada de eventos que guían el crecimiento de las raíces, una investigación que podría conducir a cultivos más productivos optimizados para diferentes tipos de suelo.

Punta de raíz de Arabidopsis thaliana

Una sección transversal vertical de la punta en crecimiento de una raíz revela pilas de células en diferentes etapas de desarrollo, con células más nuevas cerca de la punta y células más viejas más arriba. Crédito: Philip Benfey, Universidad de Duke

A medida que una raíz atraviesa el suelo por túneles, las células madre en la punta de la raíz deben determinar si dividirse y producir más de las mismas células madre o diferenciarse en otros tipos de células, según su ubicación dentro del tejido de la raíz. En un estudio publicado en la revista Nature, los investigadores muestran que las células obtienen parte de la información que necesitan de sustancias que generalmente se cree que son dañinas.

Los subproductos naturales de la respiración celular, moléculas llamadas “especies reactivas de oxígeno”, se han descrito durante mucho tiempo como señales de estrés que pueden causar daño tisular si no se controlan. Pero también juegan un papel en la señalización celular, muestra el trabajo de Benfey.

En un estudio de la pequeña planta con flores Arabidopsis thaliana , los investigadores informan que el crecimiento de las raíces está regulado en parte por las interacciones entre dos tipos de especies reactivas de oxígeno, superóxido y peróxido de hidrógeno, que se acumulan en diferentes regiones de la punta de la raíz.

“Lo que hicimos fue trazar un mapa, desde la señal hasta la respuesta, cómo se aprovechan estos químicos supuestamente tóxicos para un proceso de señalización”, dijo Benfey.

Las raíces crecen más gracias a una pequeña región de células madre al final de cada raíz que produce un suministro constante de nuevas células detrás de ella, impulsando la punta de la raíz más hacia abajo a través del suelo como la cabeza de una bala. Las células hijas que quedan se quedan quietas y, finalmente, dejan de dividirse y comienzan a especializarse.

La rapidez con la que crece una raíz depende del equilibrio entre dos señales opuestas: las que animan a estas células madre a seguir multiplicándose y las que les dicen que pongan freno a la proliferación y cambien de marcha para especializarse. Los investigadores identificaron una proteína llamada RITF1 que, cuando se activa, desencadena este cambio de desarrollo.

La proteína actúa controlando dónde se concentran las dos especies reactivas de oxígeno dentro de la punta de crecimiento de la raíz.

Estas señales químicas le dicen a las células circundantes qué curso de acción tomar a continuación. Las células expuestas a mayores cantidades de superóxido siguen dividiéndose y produciendo nuevas células, mientras que aquellas que reciben una gran dosis de peróxido de hidrógeno se diferencian, con una zona de transición donde las dos se superponen.

“No tenemos todas las piezas todavía”, dijo Benfey, “pero hay muchos más pasos del proceso que ahora se conocen a través de este trabajo de los que se conocían antes”.

“Las especies reactivas de oxígeno no son solo sustancias químicas tóxicas”, dijo Benfey. “Desempeñan funciones importantes como reguladores de un proceso de desarrollo, pasando de una célula madre a un tejido completamente diferenciado”.

Referencia: “RGF1 controla el tamaño del meristemo de la raíz a través de la señalización ROS” por Masashi Yamada, Xinwei Han y Philip N. Benfey, 4 de diciembre de 2019, Nature .
DOI: 10.1038 / s41586-019-1819-6

Esta investigación fue apoyada por el Instituto Médico Howard Hughes, la Fundación Gordon y Betty Moore (GBMF3405) y los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. (MIRA 1R35GM131725).

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