21 May Hallazgo clave sobre la adaptación de las plantas al medio ambiente
Por Gustavo Sarmiento
Un importante descubrimiento del científico argentino Alberto Kornblihtt y su equipo acerca de un desconocido mecanismo que interviene en la regulación de la respuesta de las plantas a la luz y la oscuridad fue publicado el 10 de abril en la prestigiosa revista Science. Encontraron que el cloroplasto, encargado de la fotosíntesis, también controla la expresión de los genes en el núcleo de la célula vegetal, de acuerdo con las condiciones de luminosidad.
En la última década se multiplicaron por siete las investigaciones realizadas por científicos nacionales en el país que terminaron divulgadas en las revistas más especializadas de ciencia del mundo. El ministro de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva de la Nación, Lino Barañao, lo calificó como un trabajo “extremadamente relevante” en muchos sentidos, “no sólo desde el punto de vista básico en cuanto al mecanismo molecular relacionado a procesos esenciales de los seres vivos, sino que tiene que ver con un proceso esencial también para la supervivencia de la especie en el planeta, como es la fotosíntesis”.
En su laboratorio de Fisiología y Biología Molecular, perteneciente al Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias (IFIByNE) de la UBA y el CONICET, Kornblihtt y su equipo trabajan desde hace tiempo en un fenómeno llamado “splicing alternativo”, el mecanismo por el cual se obtienen distintas proteínas a partir de un mismo gen, aumentando su capacidad modificante. “Si nuestro genoma tiene 27 mil genes, el número de proteínas que puede producir es mucho mayor, ronda los 100 mil, gracias a este mecanismo que está regulado”, afirmó el investigador superior.
El splicing está presente en casi todos los organismos vivos. El equipo siempre lo trabajó en células animales, hasta que hace seis años se incorporó al grupo un becario doctoral, Ezequiel Petrillo, que le propuso abordar ese fenómeno en plantas, y Alberto aceptó gustoso. Utilizaron un yuyo de la familia de la mostaza, que se usa en el mundo como modelo genético de biología molecular. Cuando uno descubre algo en él, observa si ocurre lo mismo en otras plantas de interés económico, el caso del trigo o el maíz.
El investigador recordó que “las células tienen un núcleo, donde se encuentra el material genético, su ADN; pero además la célula vegetal, sobre todo la de las partes verdes, tiene organelas que se llaman cloroplastos. Son el lugar donde ocurre la fotosíntesis.” En el núcleo están los 27 mil genes, y de estos, entre un 40 y un 60% tienen el splicing alternativo, que puede producir, a partir de un gen, dos o más proteínas. Encontraron que la proporción de las dos variantes de proteínas de un gen estaba regulada por la luminosidad: si la exponía a la luz daba más de una variante, si la dejaba en la oscuridad daba más de la otra variante.
Se dieron cuenta de que la luz que mandaba la señal para que el splicing alternativo se modificara en el núcleo de las células vegetales provenía del cloroplasto, a través del cual se regula cuántas proteínas distintas puede fabricar cada uno de sus genes. Para esto descartaron otros sensores que hay en la célula vegetal, usando mutantes y plantas transgénicas; quitaron factores como el ritmo circadiano (el reloj interno: los cambios bioquímicos y fisiológicos que siguen un ciclo de 24 horas, independiente del día y noche), y apelaron a inhibidores del transporte de electrones que se da en la fotosíntesis, llegando a encontrar la sustancia que “gatilla” la señal que va al núcleo: la plastopinona, que puede estar reducida cuando recibe luz, u oxidada cuando carece de ella. Si está iluminado, el cloroplasto censa más luz, manda una señal al núcleo que modifica el splicing alternativo, no de un solo gen sino del 40% de los genes de la planta. En cambio, cuando hay oscuridad, disminuye la cantidad de plastopinonas.
“Se sabía que el cloroplasto podía mandar señales al núcleo para controlar el encendido y el apagado de los genes, pero no se sabía hasta ahora que el cloroplasto podía mandar señales al núcleo para controlar que cada gen fabricara más de una proteína o más de otra, nadie había estudiado el efecto sobre el splicing”, explicó Kornblihtt a Tiempo Argentino.
Esto demuestra que el mecanismo que hallaron es importante para la adaptación de la planta al medio, porque si interrumpen esa regulación del splicing alternativo por el accionar de la luz (como lo demostraron artificialmente), las plantas tienen un desarrollo abortivo, no crecen, se ponen amarillas y mueren. Ocurre principalmente cuando la someten a condiciones de estrés, período de luz u oscuridad muy prolongado. El mecanismo de regulación es necesario para que la planta pueda crecer normalmente.
El ministro Barañao destacó su importancia, y lo relacionó con lo trascendental de la fotosíntesis, el proceso a través del cual las células de las plantas transforman sustancias inorgánicas en orgánicas a través del uso de energía luminosa, convirtiéndolas no sólo en su alimento, sino en el de otros seres vivos: “De acá a 2050 tenemos que producir tanto alimento como produjo la humanidad en toda su historia, esto llevó a los científicos a pensar que la fotosíntesis tal vez deba ser rediseñada. No hemos llegado a ese punto todavía, pero claramente es algo que amerita ser estudiado en mayor detalle.”
Si bien uno podría pensar en estrategias para desarrollar cultivos que puedan adaptarse a estaciones o lugares de más oscuridad o mayor luminosidad, sobre todo en un país productor de alimentos, Kornblihtt aclaró que puede en el futuro ser la semilla de una aplicación “pero que en el presente no la tiene”.
Los fines prácticos tampoco son tan fáciles de obtener. “Sólo un 10% de las investigaciones de muy buena calidad pueden dar lugar a un desarrollo tecnológico”, indicó.
Barañao también destacó un cambio cualitativo en las publicaciones de alto nivel que surgen de la Argentina: “Respecto de una década atrás, en los últimos diez años se ha multiplicado por siete el número de publicaciones en revistas que corresponden al 1% más alto de calidad a nivel internacional.” Comentó que “previamente ocurría que un argentino, para publicar en revistas de este nivel, tenía que hacer una cooperación o ir a trabajar directamente al exterior, porque el país no contaba con medios suficientes para hacer ciencia competitiva”.
Los investigadores demostraron además de manera sorprendente que la señal emitida por el cloroplasto puede viajar desde las hojas hasta las raíces, cuyas células no tienen esta organela, y modificar el splicing alternativo que ocurre en sus núcleos. El paso más importante a futuro será identificar la señal que envía el cloroplasto al núcleo vegetal. Kornblihtt sostuvo que se trata de, “químicamente, saber si es un azúcar, una molécula pequeña, si es termoestable o termosensible, porque identificando la señal uno puede intervenir después. Las plantas absorben cosas, podés regularlo, pero si no identificamos cuál es la señal, vamos a estar en un problema.”
Micaela Godoy Herz, integrante del equipo desde 2008 y que actualmente transita su doctorado en Ciencias Biológicas bajo la dirección de Alberto, agregó que también buscarán identificar cuál es la señal que viaja del verde al resto de la planta, “que podría o no ser la que va al núcleo”. Pero no se hace problema, más bien se muestra contenta, y lo traduce en palabras: “Lo más apasionante de la Biología es poder hacerse preguntas. Además, lo lindo de estos trabajos es que nunca terminan.”
Ezequiel obtuvo la primera evidencia de que podía estar involucrado el cloroplasto en el descubrimiento, cuando utilizó rifampicina, un antibiótico que mata bacterias y que hizo de inhibidor de las síntesis de proteínas del cloroplasto y la mitocondria. Así lo contó Alberto: “Él vio que el efecto de la luz desaparecía, entonces dijo: ‘Está inhibiendo a la mitocondria y al cloroplasto, pero la mitocondria no capta luz, o sea que tiene que ser el cloroplasto.’ Y ahí empezó toda la historia…”
TIEMPO ARGENTINO