Investigadores de la Universidad de California, Riverside (UCR), han logrado decodificar las señales que las plantas envían para iniciar la fotosíntesis, el proceso de convertir la luz solar en azúcares. Durante décadas, los científicos se habían quedado perplejos ante estas señales que eran opacas, pero ahora, el equipo liderado por el profesor de botánica de la UCR, Meng Chen, ha logrado identificar cuatro proteínas clave que envían estas señales, tal y como han publicado en un artículo en Nature Communications.

La clave para entender la fotosíntesis estaba en descifrar los cientos de proteínas que se encuentran en el núcleo de la célula de la planta y que sirven como instrucciones para las otras partes de la célula para que inicien la fotosíntesis. Pero, encontrar las proteínas específicas que envían estas señales fue como encontrar una aguja en un pajar. 

“Nuestro desafío fue que el núcleo codifica cientos de proteínas que contienen bloques de construcción para los pequeños orgánulos. Determinar cuáles son las señales para activar la fotosíntesis fue como encontrar una aguja en un pajar”, señaló el profesor Chen.

En investigaciones previas, el equipo de Chen ya había demostrado que ciertas proteínas en los núcleos de las plantas se activan mediante la luz y dan inicio al proceso de la fotosíntesis. Las cuatro nuevas proteínas identificadas en este estudio son parte de esa reacción y envían una señal que transforma los pequeños orgánulos en cloroplastos, que generan los azúcares necesarios para el crecimiento de la planta.

Chen compara todo el proceso de la fotosíntesis con una sinfonía, donde los directores de la misma son las proteínas en el núcleo de la célula llamados fotorreceptores que responden a la luz. En este estudio se ha demostrado que tanto los fotorreceptores sensibles a la luz roja como a la luz azul inician la sinfonía. Activan genes que codifican los bloques de construcción de la fotosíntesis.

La situación única, en este caso, es que la sinfonía se interpreta en dos «habitaciones» de la celda, tanto por músicos locales (núcleos) como remotos. Como tal, los directores (fotorreceptores), que solo están presentes en el núcleo, deben enviar a los músicos localizados de forma remota algunos mensajes a distancia. Este último paso está controlado por las cuatro proteínas recién descubiertas que viajan desde el núcleo hasta los cloroplastos.

Este estudio fue financiado por el Instituto Nacional de Salud de los Estados Unidos, con la esperanza de que ayudará a encontrar una cura para el cáncer. Esta esperanza se basa en las similitudes entre los cloroplastos de las células vegetales y las mitocondrias de las células humanas. Ambos orgánulos generan combustible para el crecimiento y ambos contienen material genético.

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

La importancia de entender cómo se controla la fotosíntesis tiene aplicaciones más allá de la investigación de enfermedades. Los asentamientos humanos en otro planeta probablemente requerirían la agricultura en interiores y la creación de un esquema de luz para aumentar los rendimientos en ese entorno. Aún más inmediatamente, el cambio climático está planteando desafíos para los cultivadores de este planeta.

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

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