Durante décadas, los científicos se han preguntado qué señales envían las plantas para iniciar la fotosíntesis, el proceso de convertir la luz solar en azúcar. Investigadores de UC Riverside ahora han descifrado estas señales previamente oscuras.

Durante medio siglo, los botánicos han sabido que el centro de comando de una célula vegetal, el núcleo, envía instrucciones a otras partes de la célula, obligándolas a realizar la fotosíntesis. Estas instrucciones vienen en forma de proteínas y, sin ellas, las plantas no se vuelven verdes ni crecen.

“Nuestro desafío fue que el núcleo celular codifica cientos de proteínas que contienen componentes básicos para los orgánulos más pequeños. Determinar cuáles son la señal para que desencadenen la fotosíntesis fue como buscar una aguja en un pajar”, dijo Meng Chen, profesor de botánica de la UCR.

El proceso mediante el cual los científicos del laboratorio de Chen encontraron cuatro de estas proteínas ahora está documentado en un comunicación de la naturaleza Papel.

El equipo de Chen había demostrado previamente que ciertas proteínas en los núcleos de las plantas se activan con la luz y desencadenan la fotosíntesis. Estas cuatro proteínas recién identificadas son parte de esta reacción, enviando una señal que convierte pequeños órganos en cloroplastos, que producen azúcares que promueven el crecimiento.

Chen compara todo el proceso fotosintético con una sinfonía.

“Los conductores de la sinfonía son proteínas en el núcleo llamadas fotorreceptores que responden a la luz. Hemos demostrado en este trabajo que los fotorreceptores sensibles a la luz roja y azul inician la sinfonía. Activan genes que codifican los componentes básicos de la fotosíntesis”.

La situación única en este caso es que la sinfonía es interpretada en dos “salas” en la celda, tanto por músicos locales (núcleo) como distantes. Como tal, los conductores (fotorreceptores) presentes solo en el núcleo celular deben enviar algunos mensajes sobre la distancia a los músicos distantes. Este paso final está controlado por las cuatro proteínas recién descubiertas que migran desde el núcleo a los cloroplastos.

Actualmente, mucha investigación describe la comunicación de los orgánulos al núcleo celular. Cuando algo anda mal con los orgánulos, envían señales al “cuartel general” del núcleo. Se sabe mucho menos sobre las señales reguladoras de la actividad que se envían desde el núcleo a los orgánulos.

“El núcleo puede controlar la expresión de los genes mitocondriales y del cloroplasto de manera similar”, dijo Chen. “Los principios que aprendemos de la vía del núcleo al cloroplasto podrían mejorar nuestra comprensión de cómo el núcleo regula los genes mitocondriales y su disfunción en el cáncer”, dijo Chen.

La importancia de comprender cómo se controla la fotosíntesis tiene aplicaciones más allá de la investigación de enfermedades. Los asentamientos humanos en otro planeta probablemente requerirían agricultura de interior y la creación de un sistema de iluminación para aumentar los rendimientos en ese entorno. Aún más directamente, el cambio climático plantea desafíos para los fitomejoradores de este planeta.

“La razón por la que podemos sobrevivir en este planeta es que los organismos como las plantas pueden realizar la fotosíntesis. Sin ellos, no hay animales, incluidos los humanos”, dijo Chen. “Una comprensión completa y la capacidad de manipular el crecimiento de las plantas es fundamental para la seguridad alimentaria”.

📰 Nota de prensa en Eurekalert.
🔬 La señalización anterógrada contribuye a la transcripción de plástidos a través de factores sigma separados de los genes fotosintéticos nucleares comunicación de la naturaleza.

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