Han pasado diez años desde que la prestigiosa revista científica Science señalo a la “optogenética” como uno de los avances más importantes de la década. Una muestra de ello es el gran número de artículos que hemos publicado relacionados con ella en smartlighting y que vienen atestiguar la importancia y potencial de esta tecnología. De forma simplificada, podemos decir que la optogenética es la técnica que permite controlar la actividad eléctrica de las células a partir de pulsos de luz. Gracias a ello se pueden obtener nuevos conocimientos sobre el funcionamiento de, por ejemplo, las células nerviosas y así comprender mejor enfermedades neurológicas y psiquiátricas como la depresión y la esquizofrenia. 

Mientras que en la investigación sobre las células animales, la optogenética es ahora una técnica establecida, el panorama es diferente en la investigación vegetal, ya que transferir el principio a las células vegetales y aplicarlo ampliamente no ha sido posible hasta ahora. Ahora, Científicos de la Universidad Julius Maximilians de Würzburg (JMU) han logrado aplicar métodos optogenéticos en las plantas de tabaco. Los resultados de su trabajo fueron publicados recientemente en la revista científica Nature Plants. 

“La optogenética es la manipulación de las células vivas u organismos vimos por la luz después de que se haya introducido un ‘sensor de luz’ en ellas utilizando métodos de ingeniería genética. En particular, la canalrodopsina-2, un canal catiónico activado por luz, ha ayudado a la optogenética a lograr un gran avance. Con la ayuda de la canalrodopsina, la actividad de las células se pueden encender y apagar como si fuera un interruptor de luz”, explica el profesor Georg Nagel, uno de los cofundadores de la optogenética.

En las células vegetales, sin embargo, esto hasta ahora solo ha funcionado de forma limitada. Esto se debe principalmente a dos aspectos. Por un lado es difícil modificar genéticamente las plantas para que produzcan rodopsinas funcionalmente y además, carecen de un cofactor crucial si en el cual las rodopsinas no pueden funcionar: la all-trans retinal, también conocida como vitamina A. 

El Prof. Nagel, Dr. Gao, Dr. Konrad y sus colegas ahora han sido capaces de resolver ambos problemas. Han logrado producir vitamina A en plantas de tabaco mediante una enzima introducida de una bacteria marina, lo que permite una mejor incorporación de rodopsina en la membrana celular. Esto permite, por primera vez, la manipulación no invasiva de plantas intactas o células seleccionadas por la luz a través del llamado canal aniónico rodopsina GtACR1. 

“Si irradias estas células con luz verde, la permeabilidad de la membrana celular para partículas cargadas negativamente aumenta drásticamente, y el potencial de membrana cambia significativamente. De esta manera es posible manipular específicamente el crecimiento de los tubos de polen y el desarrollo de las hojas, por ejemplo, y así estudiar los mecanismos moleculares de los procesos de crecimiento de las plantas en detalle”, explica el Dr. Konrad

La luz verde induce un aumento masivo en la permeabilidad a los aniones y cambios pronunciados en el potencial de la membrana cuando se expresa GtACR1, lo que permite la manipulación no invasiva del crecimiento de las plantas y el desarrollo de las hojas. Utilizando la perdida de aniones impulsada por la luz, se podría imitar las condiciones de sequía y provocar el marchitamiento de las hojas a pesar de un suministro suficiente de agua. Estos resultados sugieren un papel crucial de la permeabilidad aniónica para la guía del crecimiento de la punta del tubo de polen.

Los investigadores de Würzburg confían en que este novedoso enfoque optogenético de la investigación vegetal facilitará en gran medida el análisis de vías de señalización previamente incomprendidas en el futuro.