Mensajero de la luz
Debajo de la tierra, la raíz sabe si hay luz o no, información clave para la vida de una planta. ¿Cómo se entera? ¿Quién se lo comunica? ¿Qué camino hace el mensajero para avisar? ¿Quién recibe los datos y para qué los usa? Son algunos de los interrogantes que acaba de responder un equipo científico internacional, liderado por investigadores de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA.
Los investigadores trabajaron con Arabidopsis thaliana, una planta de pequeñas dimensiones cuyo genoma fue secuenciado por completo hace más de dos décadas. Foto: Diana Martinez Llaser
Escondida en el suelo, la raíz de una planta parecería que poco sabe de lo que ocurre en la superficie. ¿Es de día o de noche? La respuesta a esta pregunta y cómo logra conocerla en su mundo subterráneo fue develada por un equipo internacional de científicas y científicos, con participación de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, en una investigación que acaba de ser publicada en Cell Reports.
“Detectamos que en las hojas se emiten señales. Algunas de ellas salen de las células donde se encuentran y viajan hasta la raíz, avisando si hay luz o no”, sintetiza del modo más simple posible la primera parte de su investigación, el biólogo Ezequiel Petrillo, del Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias (IFIBYNE, UBA-CONICET). No sólo descubrieron el camino, sino quién es el mensajero que carga con la información y a quién se la entrega para hacer los ajustes necesarios que permitan seguir funcionando del mejor modo posible en el ambiente donde le tocó en suerte habitar.
Ser o no ser, crecer o no crecer; son algunos de los dilemas que enfrenta a diario. Para resolverlos, resulta clave contar con datos de su vital elemento: la luz, que lo es todo, su guía y su alimento. “Saber cómo la recibe, y si la puede medir, es muy importante”, agrega Petrillo, y enseguida ejemplifica: “Si la raíz no sabe si hay luz, como está normalmente enterrada en el suelo, no se elonga o no crece. Con lo cual limita a la planta a la hora de captar nutrientes del entorno, como agua y minerales. Justamente, este tipo de señalización permite coordinar su desarrollo”.
Luz de mi vida
Todas las miradas en el laboratorio se centraron en Arabidopsis thaliana, que en la naturaleza crece hasta unos 30 centímetros de altura y, a simple vista, puede parecer no demasiado atractiva. Sin embargo, acapara toda la atención en la ciencia vegetal, a punto tal que es la planta modelo en investigación. “Se la elige porque es de dimensión pequeña, se puede tener varias en un espacio acotado y tiene un genoma chiquito. Se lo secuenció por completo hace más de 20 años. Hoy por hoy, se sabe mucho de la expresión de sus 25 mil a 30 mil genes”, subraya Petrillo, doctor en Biología de la UBA y con un posdoctorado en el Max F. Perutz, Universidad Médica de Viena, Austria.
Años atrás, justamente cuando estaba haciendo su posdoctorado en Viena siguiendo con la línea de investigación iniciada en Argentina, él y su grupo de trabajo habían observado que “esta planta era capaz de percibir la luz en las hojas con los cloroplastos, encargados de hacer la fotosíntesis. Esta no solo le sirve para dar energía o nutrientes, sino que también genera señales que determinan que algunos genes se expresen y otros no. Además, esas señales pueden regular el modo en el que los genes se expresan, cómo se procesa la información de esos genes. O sea, el cloroplasto es capaz de decirle a la célula en sí, qué genes se expresan, qué variantes se deben expresar y en qué momento, dependiendo de la iluminación que recibe”.
Desde ese momento, supieron que tenían mucho por dilucidar. “Entonces -narra- nos pusimos a buscar qué señales generadas en los cloroplastos viajan desde las hojas hasta la raíz y cambian ahí la expresión de los genes”.
Hallan al mensajero
Micaela Godoy Herz, Guillermina Kubaczka, Ezequiel Petrillo, Lucas Servi.
“Hay luz” es el mensaje a transportar desde las hojas en contacto con el viento y el aire del ambiente, hacia el submundo oscuro y terrenal. ¿Pero quién lo lleva a las profundidades del suelo? Tras años de estudio, al fin lo supieron.
“La que viaja es el azúcar, que se sintetiza en la fotosíntesis -precisa-. La sacarosa, el azúcar que consumimos cotidianamente, es el principal compuesto que suele viajar en la planta. Se sintetiza en las hojas y va hasta la raíz como alimento o fuente de energía. Esa misma molécula hace las veces de nutriente y también permite señalizar. Es como un mensaje de texto, que le dice a la célula de la raíz, que hay luz en las hojas. Ese sería el mensaje de las hojas”.
Por su parte, Lucas Servi, uno de los primeros autores del trabajo, agrega: «Es fascinante cómo algo tan simple y fundamental como el azúcar puede estar controlando un árbol de copa a raíz”.
Otro paso más
Tras lograr identificar la molécula señal que manda la hoja hasta la raíz para avisar que hay luz, el equipo dio un paso más. “La sacarosa -dice- viene a ser como un mensaje de texto que viaja de la central de la información de las hojas hasta la raíz”.
Ahora bien, cuando llega al mundo subterráneo, ¿quién recibe la información? “Esta es la segunda parte del trabajo, que permitió que la publicación sea de mayor impacto. La que lee el mensaje y decide cómo seguir es TOR quinasa. Se trata de una proteína implicada en procesos que determinan si se crece o no. Es como una central de información y control”, compara, y completa: “TOR quinasa se activa cuando llega el azúcar a la célula. Esa activación hace que cambien una serie de elementos, entre ellos, la expresión de genes o splicing alternativo que estudiamos nosotros”.
Ese mundo vegetal que -en el caso investigado por los autores del trabajo- ocupaba la yema del dedo de una mano, guarda aún numerosos detalles por develar. Si bien, en este caso en particular, se enfoca en el conocimiento de cómo funciona ese universo, los resultados pueden servir para futuras aplicaciones. “Si uno puede entender cómo se desarrolla la raíz en función de la luz, qué rol cumplen procesos como el de regulación del splicing alternativo en estas respuestas, luego se puede manipular para que incluso cuando la luz no esté presente, la planta crea que sí lo está. De este modo, podría crecer aun en condiciones poco óptimas”, concluye Petrillo, director del equipo que realizó el estudio en el IFIBYNE, Exactas UBA.
Equipo internacional
El trabajo recién publicado en Cell Reports pertenece a Stefan Riegler, Lucas Servi, Regina Scarpin, Micaela Godoy Herz, María Kubaczka, Peter Venhuizen, Christian Meyer, Jacob Brunkard, Maria Kalyna, Andrea Barta y Ezequiel Petrillo, que forman parte de las siguientes instituciones: Universidad de Recursos Naturales y Ciencias de la Vida en Viena, Austria; IFIBYNE (CONICET-UBA), Argentina; Universidad de California, Berkeley, Estados Unidos; Instituto Jean-Pierre Bourgin, Versalles, Francia; y Max F. Perutz Labs, Universidad Médica de Viena, Austria.
