CSIC
El reloj biológico que regula la vida de las plantas afecta de forma distinta a cada tipo de célula
El Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas participa en el primer atlas de expresión génica de tipos celulares de una planta a lo largo del día. Se ha utilizado una técnica innovadora en cuanto a análisis genético. Han identificado casi 3.000 genes que siguen patrones rítmicos de funcionamiento dependiendo del tipo de celular.
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Un equipo internacional con participación del Instituto de Biología Molecular y Celular de Planta, centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y la Universitat Politècnica de València, ha logrado observar, por primera vez y de forma detallada, los ritmos biológicos en las células individuales de una planta. Han utilizado una técnica innovadora en cuanto a análisis genético. Se han identificado casi 3.000 genes que siguen patrones rítmicos de funcionamiento dependiendo del tipo de celular. También han descubierto que los genes pertenecientes al reloj circadiano, son rítmicos en casi todos los tipos celulares. Es el mecanismo que regula la vida de las plantas.
Reloj circadiano de las plantas
Se trata del mecanismo que percibe los cambios medioambientales. También mide el paso del tiempo para generar ritmos en múltiples procesos biológicos: desde la alimentación al descanso. Funciona de igual manera en todos sus diferentes tipos celulares. Está estructurado a nivel de organismo. Tiene diferentes características si se trata de órganos o tejidos. Como ocurre de forma similar en el sistema circadiano de los animales.
La técnica
El estudio contribuye a avanzar el conocimiento en este campo al elaborar un detallado atlas de expresión génica en células individuales de la planta modelo Arabidopsis thaliana a lo largo del tiempo. Se ha secuenciado el ARN de núcleos individuales y se ha analizado la expresión de todos los genes en más de 200.000 núcleos de células vegetales individuales recolectados durante un periodo de 48 horas, con intervalos de 4 horas, y durante 24 horas con intervalos de 2 horas.
Nuevos componentes del reloj circadiano
"Al comparar los patrones de expresión génica en unos tipos celulares y otros, hemos descubierto que ciertos grupos de células comparten ritmos similares, y que unos 3.000 genes muestran patrones rítmicos específicos según el tipo de célula. Esto sugiere la existencia de un alto grado de regulación específica de tejido en el sistema circadiano vegetal", nos resume Maria A. Nohales, investigadora del CSIC en el IBMCP que colidera el trabajo. "Nuestro estudio indica que los genes que codifican reguladores que forman parte del reloj central oscilan en múltiples tipos celulares, lo que sugiere que nuestros datos podrían utilizarse para identificar nuevos componentes del reloj circadiano de las plantas", continúa la científica del CSIC.
Para comprobar esto, se usaron los datos obtenidos para identificar un nuevo regulador del reloj circadiano desconocido hasta ahora, el gen ABF1, cuya sobreexpresión acorta el período circadiano.
El trabajo ofrece una valiosa base de datos para entender cómo el reloj circadiano regula la expresión de los genes en cada tipo celular en plantas. "Si bien se trata de un estudio de ciencia básica, en el que buscamos entender cómo el reloj circadiano de las plantas funciona en los distintos tipos celulares, el conocimiento generado puede sentar las bases para elaborar hipótesis y descubrir los mecanismos moleculares que subyacen a la regulación específica de tejido, es decir, que operan de manera específica en cada órgano o tejido vegetal para coordinar procesos del desarrollo o de respuesta al ambiente específicos", puntualiza Nohales.
Biotecnología de precisión
Este conocimiento podría aplicarse a una nueva forma de agricultura, la cronocultura, puesto que conocer el ritmo interno de las plantas podría ayudar a sincronizar el riego, la luz artificial o la aplicación de fertilizantes con los momentos del día en que las plantas los aprovechan mejor. O también podría usarse con fines biotecnológicos, para generar cultivos más resistentes a condiciones ambientales como la sequía o los cambios de temperatura, cuya adaptación también regula el reloj biológico descifrado en este estudio.
Este hallazgo, publicado en Nature Communications, abre nuevas puertas para adaptar cultivos al cambio climático o mejorar su rendimiento.
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