Casi todos los aspectos relacionados con el crecimiento y desarrollo de las plantas están influenciados por la luz. Por tanto, comprender exactamente cómo las plantas detectan la luz y todos los mecanismos y funciones que se producen en la misma es fundamental para desarrollar nuevas formas de aumentar el rendimiento de los cultivos.
Una nueva investigación, realizada por científicos de la Universidad de California Riverside (UCR), han descubierto cómo las plantas responden a la luz y cómo pueden activar un “interruptor genético” para potenciar el crecimiento de los cultivos.
Los resultados del estudio, publicados recientemente en “Nature Communications”, abren el camino al desarrollo de nuevas formas de mejorar la productividad de cultivos mediante el encendido y apagado de los genes relacionados con la luz.
Activación genética a través de la luz
Las plantas son capaces de detectar la luz, así como la temperatura, gracias a una proteína llamada fitocromo B. Esta proteína transmite a la célula información de la luz que cambia la expresión de los genomas, alterando el crecimiento de la planta. Sin embargo, el fitocromo B no puede interactuar directamente con el ADN de la planta. Para ello, las células vegetales dependen de una familia de ocho proteínas llamadas PIF.
La actividad de estas PIF estaría directamente controlada por el fitocromo. Además de controlar la cantidad de PIF que se acumulan en las células vegetales, los científicos han aprendido que cuando el fitocromo B es activado por la luz, inhibe la actividad de los PIF.
“Podríamos comparar estos PIFs con los cocineros de un restaurante. Puedes regular el número de ellos, y si te deshaces de la mitad, por ejemplo, reducirás la productividad del restaurante. Alternativamente podrías mantener a todos los cocineros, como es nuestro caso con los PIF, pero atarles las manos. Eso también podría ralentizar su trabajo al igual que deshacerse de la mitad de ellos”, explica Meng Chen, autor principal del estudio y profesor de botánica de la UCR.
Los científicos también encontraron otro componente clave de la respuesta a la luz de las plantas. Los PIF tienen dos partes: una que se une a los genes y otra que los activa, lo que indica a la planta que debe realizar diferentes funciones, como crecer o florecer. Los investigadores descubrieron la ubicación precisa de estas regiones activadoras, algo que se ha hecho por primera vez en células vegetales.
Para encontrar esta región de activación, el equipo de Chen cortó la proteína en muchos trozos pequeños. Luego, examinaron si alguna de las piezas era capaz de activar genes y descubrieron que una de ellas lo era. Para más detalles, los científicos cambiaron los aminoácidos en un PIF, donde creían que residía la región activadora, y observaron cómo respondía la planta. Esto les permitió estar seguros de dónde se encuentra la región activadora de genes, así como de cómo se construye.
Activación de genes para aumentar el rendimiento de los cultivos
Una de las principales razones para estudiar estas funciones celulares es poder manipularlas. Así por ejemplo, gracias a los hallazgos de esta investigación, los científicos podrían activar y desactivar genes relacionados con la luz y la temperatura para beneficiar a los agricultores.
Parte de la estrategia para aumentar los rendimientos en los cultivos, es cultivar más plantas por acre de tierra. Actualmente, si colocas las plantaciones demasiado cerca, se producen problemas de sombreamiento, haciendo que las plantas produzcan más energía para crecer más alto hacia la luz, pero no necesariamente para maximizar el crecimiento de las hojas y la producción de frutos y semillas.
En cambio, si las plantas pueden ignorar a sus vecinos y concentrarse en la producción de hojas y semillas en lugar de crecer más alto, los cultivadores podrían aumentar el rendimiento en la misma superficie.
“No se quiere que sólo crezcan los tallos, se quiere que haya rendimiento. Para ello, las plantas necesitan energía para fabricar hojas y así poder aumentar la fotosíntesis, el proceso de fabricación de alimentos a través de la luz solar. En definitiva, quieres que crezca la parte adecuada de la planta”, detalla Chen.
El grupo de Chen demostró que al reducir la actividad de las proteínas PIF, podrían ralentizar el crecimiento del tallo, descubriendo así, una forma precisa de hacer que las plantas crezcan más cortas, para que las semillas, frutos y las proporciones comestibles de las plantas puedan crecer, incluso a la sombra.
“Ahora sabemos cómo las plantas encienden y apagan los genes en respuesta a los cambios en la luz y la temperatura. Es el primer paso para controlar sus respuestas a la luz y la temperatura, y hacerlos más tolerantes con entornos diferentes, a veces desafiantes, en un clima cambiante”, concluye Chen.
Fuente de imágenes: Unsplash
