Descubren regulador genético que permite la rehidratación de las plantas después de la sequía

Los científicos del Centro RIKEN para la Ciencia de Recursos Sostenibles en Japón han descubierto que la proteína NGA1 es fundamental para que las plantas tengan respuestas normales a la deshidratación. Publicado en el Proceedings of the National Academy of Sciences, el estudio muestra cómo la proteína NGA1 controla un gen clave que finalmente permite que las plantas sobrevivan después de períodos de sequía.

Imagina lo que sucede cuando te olvidas de regar tus plantas durante una o dos semanas. La mayoría de las veces, seguirán estando bien después de regarlas con agua nuevamente. Esto parece bastante simple, pero en realidad es un proceso biológico complejo que depende de una hormona vegetal llamada ácido abscísico (ABA). Para una rehidratación exitosa, ABA debe acumularse durante las etapas tempranas de deshidratación y luego, entre otras cosas, actuar para prevenir la pérdida de agua al cerrar los poros de las hojas de la planta.

Si bien los científicos saben mucho sobre ABA y lo que hace, no sabían mucho sobre cómo esta hormona comienza a acumularse en respuesta al estrés por deshidratación. El científico líder Hikaru Sato y su equipo examinaron una biblioteca de 1,670 líneas de plantas transgénicas y realizaron una serie de experimentos para abordar este problema.

El método de selección que utilizó el equipo fue algo único. Como explica Sato, “utilizamos una biblioteca de líneas de plantas que se creó con la tecnología de silenciamiento de represores quiméricos. Esta técnica especial se utiliza para identificar nuevos factores de transcripción en la ciencia genética de plantas”.

Buscando plantas con características similares a los mutantes deficientes en ABA, encontraron una línea de plantas en la que la sobreexpresión de NGA con un dominio represor quimérico daba como resultado niveles reducidos de la proteína NCED3 durante el estrés por deshidratación. Esto fue muy prometedor porque las plantas necesitan la proteína NCED3 para hacer ABA, y luego plantearon la hipótesis de que NGA era un factor de transcripción que podía controlar la producción de NCED3 y, en última instancia, la producción de ABA.

Resulta que hay toda una familia de proteínas NGA, y el equipo demostró que todas ellas se unen a la región del gen NCED3 que desencadena su transcripción. Pero la historia no es tan simple. El grupo creó plantas transgénicas para cada miembro de la familia NGA y encontró que las proteínas NGA se encuentran naturalmente en diferentes partes de las plantas y muestran diferentes patrones de expresión en momentos de estrés por deshidratación. Algunos se expresaron en las raíces, mientras que otros se expresaron en las hojas. El tiempo de expresión de NGA también varió entre diferentes líneas. Esto significaba que era poco probable que todos funcionaran de la misma manera en respuesta al estrés por sequía.

Para determinar qué proteínas NGA eran importantes para la síntesis natural de ABA, crearon mutantes “knockout” (en los cuales se “silencia” los genes de la proteína NGA) para cada una. Todas las plantas crecieron normalmente cuando el agua estaba disponible. Después de suspender el riego hasta que las plantas se marchitaron, los mutantes donde se silenció el gen NGA1 permanecieron secos y no pudieron ser revividos por rehidratación. Todos los otros mutantes podrían rehidratarse.

Fotos de plantas antes (izquierda) y después (derecha) de una prueba de estrés por sequía. Mientras que las plantas normales (parte superior) pudieron rehidratarse después de haberse marchitado por sequía, las plantas modificadas para silenciar el gen de la protína NGA1 (parte inferior a la derecha) no pudieron. Imagen: RIKEN

Mejorar la tolerancia a la sequía es una prioridad para los científicos de plantas. “Varios estudios han demostrado que el aumento de los niveles de ABA puede mejorar la tolerancia a la sequía en las plantas”, señala Sato. “Nuestro descubrimiento de que la NGA1 es necesaria para la biosíntesis de ABA probablemente será útil para desarrollar nuevas formas de aumentar la tolerancia al estrés por sequía”.

Por supuesto, todos los experimentos llevan a más preguntas. El siguiente paso para Sato y su equipo es descubrir cómo el estrés por sequía conduce a un aumento de los niveles de NGA1.