NUEVA FUNCIÓN DE LOS CLOROPLASTOS

En 1967, la bióloga de Estados Unidos Lynn Margulis formuló su teoría endosimbiótica, la cuál explica la presencia de orgánulos con material genético propio dentro de las células eucariotas como resultado de una simbiosis primitiva de una bacteria dentro de otra célula.

En este proceso las mitocondrias y los cloroplastos transfiriendo parte de su material genético al núcleo de la célula. Así, el núcleo, que posee la mayor parte del ADN de la célula, se convirtió en 'director' y proveedor de la mayoría de proteínas de la célula. Gracias a su función de 'director celular', el núcleo envía señales al resto de orgánulos celulares constantemente para realizar funciones importantes, como la división o la diferenciación celular.  La función principal de estos orgánulos en la producción de energía celular es bien conocida al igual que el hecho de que puedan enviar señales al núcleo para informarle de su estado, la señalización retrógrada. Lo que utilizan para solicitar al núcleo las proteínas necesarias para ejercer su función de productores de energía correctamente.

En el caso de las células animales, se ha descrito que este proceso es importante para una variedad de funciones celulares diferentes de la producción de energía. Por ejemplo, en células animales la señalización de la mitocondria al núcleo regula procesos como la división celular e influye en la progresión de los tumores, los cuales son procesos muy importantes.

En el estudio (que se publica en la revista Nature Communications) el equipo liderado por la investigadora del Consejo Superior de Investigaciones Científicas en el Centro de Investigación en Agrigenómica (CRAG), Elena Monte, describe por primera vez, que los efectos de la señalización retrógrada en plantas van mucho más allá, siendo capaz de controlar el desarrollo global de la planta.

"Nos sorprendió descubrir que las señales provenientes del cloroplasto tienen la capacidad de modificar el desarrollo de la planta, incluso imponiéndose jerárquicamente al núcleo", explica Guiomar Martín, estudiante de doctorado del CRAG. "Ahora sabemos que, al igual que la señalización de la mitocondria al núcleo regula procesos clave en los animales, el cloroplasto también regula el desarrollo de la planta por un mecanismo que hemos podido describir a nivel molecular", añade la ya nombrada investigadora principal del estudio, Elena Monte.

El grupo de investigación del CRAG utilizó plantas de Arabidopsis thaliana en proceso de desarrollo guiado por la luz (fotomorfogénesis) y las trató con un fármaco que daña los cloroplastos. Sorprendentemente, las plantas tratadas con el fármaco adquirían un aspecto igual a las plantas crecidas sin la presencia de luz, indicando que la señalización retrógrada estaba presente ,en este caso, reprimiendo la fotomorfogénesis normal a pesar de la presencia de luz. En vista de este resultado, buscaron cuál era el mecanismo molecular que causaba este efecto.

Los experimentos posteriores indicaron que el gen GLK1 es clave en la regulación de la fotomorfogénesis, el cual está regulado por la señalización retrógrada y por las proteínas PIF, que son sensibles a la luz. En la oscuridad las proteínas PIF son abundantes y evitan la acción de GLK1, pero cuando la plántula sale de bajo tierra y le llega la luz, las proteínas PIF se degradan, permitiendo que GLK1 promueva el desarrollo fotomorfogénico de la plántula, que incluye por ejemplo, la expansión de las hojas y la adquisición de la clorofila y por lo tanto, del color verde.

Sin embargo, cuando el cloroplasto se daña o detecta que las condiciones ambientales son estresantes la expresión de GLK1 baja en respuesta a las señales enviadas por el cloroplasto, por un mecanismo independiente de PIF. Gracias a este mecanismo molecular, que permite frenar el desarrollo, la planta se protege del daño foto-oxidativo y queda a la espera de que las condiciones sean favorables para el crecimiento.

Se describe por primera vez que el cloroplasto funciona como una antena sensora de estrés capaz de tomar temporalmente la dirección de la célula al núcleo para modificar el desarrollo de la planta y protegerla.

Para Elena Monte, "este trabajo contribuye a entender cómo los orgánulos endosimbióticos en eucariotas pueden cambiar el desarrollo global del organismo". "En plantas, este avance puede ayudar a encontrar soluciones para hacer frente al aumento de la radiación, y por tanto, al estrés lumínico, como consecuencia del cambio climático", añade la investigadora.

Fuente: Investigación y Ciencia, Sinc, El Mundo