El reloj circadiano, presente en la mayoría de seres vivos, es el mecanismo interno que permite a los organismos anticiparse a los cambios ambientales diarios, asegurando su correcto funcionamiento. En las plantas, el reloj circadiano y las señales luminosas dan lugar al fotoperiodo, es decir, la respuesta fisiológica a la duración de los periodos de luz que influye en los tiempos de floración, entre otras funciones.
El fotoperiodo varía según los tipos de plantas. Así, mientras que en la planta modelo Arabidopsis thaliana necesita noches cortas para florecer, el arroz requiere noches largas. Una nueva investigación, liderada por el Instituto de Tecnología Química y Biológica António Xavier de la Universidade NOVA de Lisboa (ITQB NOVA), junto el Instituto Leibniz de Cultivos Vegetales y Ornamentales (IGZ) y el Instituto de Bioquímica y Biología de la Universidad de Postdam, aclara el papel de los componentes del fotoperiodo y reloj circadiano que regulan el tiempo de floración del arroz.
Los resultados de la investigación, publicados en The Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), muestran que en el arroz es el fitocromo B, un receptor de la luz, el que establece la conexión entre la luz y el ‘Complejo Vespertino’, regulando el tiempo de floración.
En las plantas el ‘Complejo Vespertino’ es un componente del reloj circadiano y consiste en un grupo de proteínas que están activas durante el periodo nocturno y que regulan las proteínas relacionadas con la floración.
El papel del ‘Complejo Vespertino’ en la floración
Los investigadores descubrieron que, al ser activado por la luz, el fitocromo B inactiva una de las proteínas denominada como ELF3-Q (Early Flowering 3-1). Esta alteración conduce a la expresión de genes que reprimen la floración, consiguiendo una floración tardía.
El equipo también demostró que los mutantes del fitocromo B tiene la proteína ELF3-1 siempre activa tanto de día como de noche, haciendo que las plantas florezcan antes.
“Cuando tenemos un periodo de oscuridad más largo (noches largas), hay una mayor acumulación de la proteína ELF3-1 activa, que sólo aparece por la noche, y esto desencadena en la floración”, explica Nelson Daibo, líder del equipo del ITQB NOVA.
Además, el estudio también consolida el papel crucial que desempeña el “Complejo Vespertino” en la floración. Mediante la técnica de ingeniería genética CRISPR/Cas9, los investigadores estudiaron variantes de arroz con proteínas del Complejo Vespertino inactivas, incluyendo ELF3-1, pero también ELF3-2 y LUX ARRHYTHMO (LUX).
“Las plantas que carecen de los componentes del Complejo Vespertino nunca florecieron, independientemente de la duración de los periodos de luz, lo que lleva a la conclusión de que la actividad de este elemento es esencial para inducir la floración en el arroz”, afirma Luís Andrade, estudiante de doctorado del ITQB NOVA.
“Este estudio muestra cómo una vía importante, que controla la floración de millones de plantas de arroz y es, en última instancia, una fuente clave de nutrición para miles de millones de personas en todo el mundo, está en realidad controlada por un número notablemente pequeño de genes reguladores maestros, y cómo estamos empezando a entender estos procesos clave a nivel molecular. La forma en que las plantas se adaptan al medio ambiente es una cuestión importante, sobre todo en una época de cambio climático que ya está alterando el comportamiento de la floración de las plantas”, detalla la Dra. Katja Jaeger, del IGZ en Alemania.
El siguiente paso sería comprender la conexión entre estos cambios en los componentes del reloj circadiano y los diferentes tipos de floración observados entre las numerosas variedades de arroz. Esto permitiría, de forma más específica, adaptar las distintas variedades de arroz y sus tiempos de floración a determinadas condiciones ambientales, así como regiones.
La aplicación en el campo es también uno de los principales objetivos para el futuro, ya que la floración está directamente relacionada con la productividad. “Al controlar el ciclo de vida del arroz, podemos reducir potencialmente los riesgos del cultivo”, explica Andrade.
La manipulación del momento de la floración permite una mejor conciliación entre el periodo de cultivo y las condiciones ambientales, protegiendo a las plantas de situaciones potencialmente perjudiciales, como el frío en las fases iniciales o la sequía y el calor en las fases finales de crecimiento, lo que culmina en un probable aumento del rendimiento.
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