Estudian cómo las plantas responden a la luz luego de la germinación

El Laboratorio de Biología Molecular del Instituto de Agrobiotecnología del Litoral (IAL, CONICET-UNL), liderado por el investigador del CONICET Daniel González, estudia una familia de factores de transcripción exclusiva de plantas llamada TCP. Los factores de transcripción son proteínas ubicadas en el núcleo de las células que reconocen secuencias específicas en el ADN y modulan la expresión génica, es decir “activan” o “desactivan” genes.  Las proteínas TCP están involucradas en la regulación de diversos procesos relacionados con el crecimiento y el desarrollo de las plantas. Participan en la germinación, la floración, la morfogénesis de hojas y órganos florales, la señalización de hormonas, la defensa contra patógenos y en las respuestas a cambios en las condiciones de luz y temperatura.

Las semillas a menudo germinan en la oscuridad, bajo tierra. Para hacer frente a esta condición, las plantas dicotiledóneas como Arabidopsis thaliana -una planta silvestre que se utiliza como modelo de estudio- han adoptado una estrategia de desarrollo conocida como etiolación. En ella la plántula alarga rápidamente el hipocotilo (tallo embrionario) hacia arriba y mantiene los cotiledones (hojas embrionarias) cerrados uno sobre otro sin acumular clorofila, lo que es acompañado de la formación de un gancho en la parte superior del tallo (gancho apical). Esta forma de crecimiento tiene como objetivo proteger al meristema, tejido que luego dará origen a los demás órganos, del daño mecánico a medida que la plántula atraviesa el suelo. Una vez que estos órganos emergen y perciben la luz se produce la de-etiolación: el gancho apical se despliega y se reduce en gran medida la elongación del hipocotilo, mientras que las hojas embrionarias se separan y se expanden para desarrollar su capacidad fotosintética. Estos procesos, que permiten que la plántula emerja con éxito del suelo y sobreviva a la transición de oscuridad a luz, son esenciales para el establecimiento de la planta en condiciones ambientales naturales.

Un  trabajo reciente, dirigido por la investigadora del CONICET Ivana Viola,  comprobó que los factores de transcripción TCP14 y TCP15 de Arabidopsis thaliana son los encargados de activar la expresión de genes involucrados en la expansión celular y el desarrollo del aparato fotosintético, para que ocurra la apertura y el desarrollo de los cotiledones. Mediante diversos estudios moleculares y genéticos fue posible determinar que TCP15 interacciona con el factor de transcripción GLK1 y que estos complejos proteicos son necesarios para que estas proteínas puedan unirse a regiones específicas del ADN e inducir la expresión de genes que promueven la apertura de las hojas embrionarias. El estudio fue publicado en la revista The Plant Journal.

La investigación tiene como antecedentes otros estudios previos del equipo que describen el modo de actuación de las proteínas TCP. “Sabemos que forman parte de redes moleculares muy complejas. Estos factores de transcripción controlan una gran diversidad de procesos a través del reclutamiento de otras proteínas y la modulación de diferentes vías hormonales, actuando como reguladores del crecimiento y mediadores de las respuestas de desarrollo frente a señales tanto internas como del ambiente” señala Viola.

Las proteínas TCP trabajan en equipo. Conociendo su modus operandi, los integrantes del grupo de investigación pudieron iniciar una búsqueda de factores de transcripción capaces de interaccionar con las proteínas TCP para obtener nuevas evidencias sobre su papel en el desarrollo de Arabidopsis.  A través de una metodología que permite identificar la interacción entre proteínas, se detectó a GLK1, que pertenece a otra familia de factores de transcripción.  El equipo estableció que estos complejos proteicos son esenciales durante la de-etiolación, primer proceso de crecimiento y desarrollo de la planta frente a la luz.  “Descubrimos que durante el crecimiento en oscuridad TCP15 está presente en los cotiledones, pero la expresión de GLK1 está reprimida, por lo que estos complejos no pueden formarse y los cotiledones se mantienen cerrados. Cuando la plántula se expone a la luz, aumentan los niveles de GLK1 en los cotiledones y los complejos TCP15-GLK1 se unen a los promotores de genes de expansión celular y de fotosíntesis, activando su expresión y el desarrollo fotomorfogénico en los cotiledones”, explica Viola.

Estos descubrimientos abren la puerta a otros estudios sobre estas proteínas de interés. “Las proteínas de la familia TCP fueron identificadas alrededor del año 2000. Desde ese entonces ha avanzado mucho el estudio acerca de su función. En 2008, nosotros comenzamos a estudiar a los miembros de esta familia y los mecanismos que utilizan para interaccionar con el ADN, las redes moleculares de las que participan, el papel que cumplen en el desarrollo de las plantas y en las respuestas frente a cambios en condiciones de luz y temperatura”, señala Viola, quien junto al resto de los integrantes del laboratorio investigan actualmente la función de las proteínas TCP luego de la germinación cuando las condiciones ambientales son adversas.