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Demuestran un nuevo mecanismo de regulación de los ritmos circadianos en las plantas

El trabajo, publicado en Science, cambia el modelo de funcionamiento del reloj en plantas vigente durante los últimos 10 años

09-03-2012 por CISIC Una investigación dirigida por investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas ha demostrado un nuevo mecanismo de regulación de los ritmos circadianos en las plantas. Este estudio asigna una nueva función a la proteína esencial del reloj, conocida con el nombre de TOC1. El trabajo cambia el modelo de funcionamiento del reloj en plantas vigente durante los últimos 10 años

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Las plantas presentan un ritmo biológico con un periodo de 24 horas sincronizado con los cambios medioambientales que ocurren durante el día y la noche. En respuesta a esos cambios, una serie de proteínas actúan regulando procesos esenciales en la planta, tales como la germinación, el crecimiento, la floración o las respuestas a condiciones medioambientales de estrés.

 
Inflorescencias de Arabidopsis thaliana
• Alberto Salguero (Creative Commons)  

Arabidopsis thaliana es una especie de crucífera nativa de Europa, Asia, y el noroeste de África. Es publicada por primera vez en el Species plantarum de Carlos Linneo (1753), con el nombre de "Arabis thaliana" en honor al médico alemán Johannes Thal, quien descubrió la planta en las montañas de Harz, en Alemania. Se considera como organismo modelo en investigaciones biológicas.

Hasta ahora, y según demostraban estudios con la planta modelo Arabidopsis thaliana, se creía que el funcionamiento del reloj circadiano de una planta dependía esencialmente de dos osciladores (un conjunto de genes): uno diurno y otro nocturno. Según ese modelo, la proteína TOC1 activaba los genes del oscilador diurno que a su vez reprimía el oscilador nocturno. Ahora, el trabajo liderado por la investigadora del CSIC Paloma Mas, en el Centre de Recerca en Agrigenómica (CRAG) en Barcelona, revela un modelo diferente en el que TOC1 conecta directamente los dos osciladores mediante la regulación directa de la expresión de estos genes.

Además, los investigadores han demostrado que la función de TOC1 en el reloj circadiano no es la de activar la expresión de genes, tal y como se creía hasta ahora, sino la de reprimirlos. Así, TOC1 funcionaría como un represor global de la expresión de genes del oscilador que actúan tanto durante el día como por la noche.

Las implicaciones del trabajo son relevantes. Define una nueva estructura del reloj circadiano y descifra nuevos mecanismos de funcionamiento y regulación que son esenciales en el ciclo vital de la planta. Marca, además, nuevas estrategias de investigación: "el estudio del papel del reloj en el control de la fisiología y metabolismo de la planta ha de tener en cuenta ahora la nueva estructura del oscilador, en la que TOC1 actúa como represor global y no como activador".

Según Palomas Mas, "en el modelo vigente hasta ahora había cosas que levantaban sospechas. Aunque los resultados de estudios genéticos previos parecían bastante claros, ciertos datos experimentales no terminaban de cuadrar. Ahora, los estudios de secuenciación masiva para analizar los genes diana de TOC1, junto con análisis transcripcionales, nos han permitido demostrar que la represión de la expresión génica por parte de TOC1 ocurre mediante la unión directa de la proteína a los promotores de los genes que regula".

Además del Centre de Recerca en Agrigenómica, consorcio del CSIC, el Institut de Recerca i Tecnologia Agroalimentáries y la Universidad Autónoma de Barcelona, en el trabajo también han participado investigadores del California Institute of Technology, en Estados Unidos, e investigadores de la School of Biological Sciences de la Universidad de Edimburgo y del Centre for Systems Biology, también de Edimburgo.

Referencia: W. Huang, P. Pérez-García, A. Pokhilko, A. J. Millar, I. Antoshechkin, J. L. Riechmann, P. Mas. Mapping the Core of the Arabidopsis Circadian Clock Defines the Network Structure of the Oscillator. Science. DOI: 10.1126/science.1219075


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