El hallazgo de los investigadores del Instituto Leloir y del CONICET, que revelo la integracion de informacion de cinco fotorreceptores, abre caminos para extender las areas de produccion agricola a otras latitudes.
Cientificos de la Fundacion Instituto Leloir (FIL) y del Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas (CONICET) descifraron por primera vez una serie de mecanismos biologicos que integran informacion para que las plantas «sepan» el largo del dia, es decir, la cantidad de horas de luz a lo largo de 24 horas.
«Nuestro hallazgo abre caminos para el desarrollo de cultivos que puedan reproducirse en otras latitudes o alterar su ciclo, a partir del conocimiento de los genes involucrados en la percepcion del tiempo y el paso de las estaciones», señala el doctor Pablo Cerdan, investigador independiente del CONICET –con lugar de trabajo en el Instituto de Investigaciones Bioquimicas de Buenos Aires (IIBBA, CONICET-FIL)- y director del Laboratorio de Biologia Molecular de Plantas de la FIL.
En el estudio, Cerdan y dos integrantes de su equipo, el doctor Maximiliano Sanchez-Lamas y el licenciado Christian Lorenzo (ambos becarios del CONICET en el IIBBA), realizaron una exhaustiva investigacion sobre el funcionamiento de los receptores de luz u «ojos vegetales» de una planta muy usada en estudios de laboratorio.
«Esos sensores, llamados fitocromos, perciben la calidad y cantidad de luz, niveles de sombras y otros datos del entorno. Luego, esta informacion es comunicada a la planta y desencadena reacciones moleculares que regulan su crecimiento para que se desarrolle de la manera mas adecuada de acuerdo al ambiente», explica Cerdan quien tambien es profesor en la Universidad de Buenos Aires (UBA).
Tal como refiere la revista PLOS GENETICS, el laboratorio de Cerdan describio por primera vez la forma en que la planta responde a cada uno de sus cinco receptores de luz (A, B, C, D y E) y el modo en que la informacion que procesan se combina como si se tratara de un sistema integrado.
«A partir de la decada de 1950 comenzaron a describirse los primeros sensores de luz. Muchos estudios se han centrado en el analisis de uno o algunos de ellos. Con mucha paciencia y dedicacion, decidimos estudiar el modo en que la planta integra y hace un balance de los datos de todos los receptores en forma simultanea. Y de que manera esta informacion influye en su desarrollo», indico Cerdan.
Para lograr su objetivo, los cientificos realizaron experimentos con Arabidosis thaliana, un modelo vegetal que comparte informacion genetica con el maiz, trigo y otros cultivos de importancia alimentaria.
«Creamos plantas que poseian solo uno o dos de los cinco fitocromos presentes, de modo tal de averiguar el papel de cada uno en procesos importantes en la vida de una planta, como la germinacion y la floracion», explica el primer autor del estudio, Sanchez-Lamas.
En pasos posteriores, los investigadores determinaron el modo en que esos receptores luminicos interactuan entre si y generan juntos un «informe» sobre las condiciones del ambiente. «A partir de este ‘diagnostico’, la planta despliega respuestas acordes para desarrollarse en forma eficiente», señala Sanchez-Lamas.
Hay plantas que florecen cuando los dias son largos, otras son de dias cortos y tambien las hay insensibles al dia.
«En nuestro laboratorio simulamos la primavera (dias largos, fases mas extensas de luz) y observamos, por ejemplo, que el sensor C promueve la floracion mediante la inhibicion de B y E», puntualiza Sanchez-Lamas. «Por el contrario, en los cortos dias del invierno simulado, vimos que el receptor C realizaba la funcion contraria, se asociaba con B para impedir la floracion». Al asociarse con C, B es mas estable y por lo tanto se mantiene activo por periodos mas extensos de oscuridad, como los observados en el invierno. De esa forma, la planta puede medir la extension del periodo de oscuridad.
«Los resultados mostraron el mecanismo que hacen al sensor C esencial para la deteccion del largo del dia», subraya el doctor Cerdan.
El doctor Carlos Ballare, investigador superior del CONICET y jefe del Laboratorio de Fotobiologia Ambiental del Instituto de Investigaciones Fisiologicas y Ecologicas Vinculadas a la Agronomia (IFEVA), que depende de la UBA y del CONICET, y quien no participo del estudio, indico que el principal aporte del trabajo realizado en la FIL es la generacion de un conjunto de herramientas geneticas «que nos permite estudiar las funciones de cada una de esas proteinas fotorreceptoras».
A partir de un mutante que carece de todas ellas, y presenta un desarrollo completamente anormal, los autores fueron «agregando» los genes que codifican a cada uno de los fitocromos individuales. Al analizar el desarrollo de los mutantes que iban «recuperando» genes de los cinco fitocromos, «podemos inferir que funciones cumplen en el control del desarrollo de la planta y como interactuan entre ellos», explico Ballare, quien tambien es profesor titular en la UBA y la Universidad Nacional de General San Martin (UNSAM).
El trabajo liderado por Cerdan se focalizo en una respuesta importante para los cultivos, como es la duracion de la «fase vegetativa» o crecimiento. «Pero el mismo conjunto de herramientas puede ser usado por la comunidad cientifica para analizar un abanico mucho mas amplio de respuestas fisiologicas de interes agronomico», explico Ballare.