• Català
  • English
  • Español

Cercar Notícies

2019 | 2018 | 2017 | 2016 | 2015 | 2014 | 2013 | 2012 | 2011 | 2010
6 maig 2016

Notícies: No només fotosíntesi: descoberta una nova funció dels cloroplasts com a reguladors del desenvolupament de plantes

  • Investigadors del Centre de Recerca en Agrigenòmica (CRAG) i de la Universitat de Califòrnia a Berkeley descobreixen que, en condicions d’estrès, el cloroplast envia senyals al nucli de la cèl·lula per tal de modificar el desenvolupament de la planta
  • El treball, que es publica a la revista Nature Communications, contribueix a entendre com els orgànuls endosimbiòtics (mitocondris i cloroplasts) poden canviar el desenvolupament global de l’organisme
  • L’article descriu per primera vegada el mecanisme molecular pel qual la planta altera el seu desenvolupament davant d’una llum excessiva

L’any 1967, la biòloga americana Lynn Margulis va formular la seva famosa teoria endosimbiòtica, que explica la presència d’orgànuls amb material genètic propi dins de les cèl·lules eucariotes com a resultat d’una simbiosi primitiva d’un bacteri a dins d’una altre cèl·lula. En aquest procés de simbiosi, aquests orgànuls, els mitocondris i els cloroplasts, van anar transferint gran part del seu material genètic al nucli de la cèl·lula. D’aquesta manera, el nucli, posseint la major part de l’ADN de la cèl·lula, es va convertir en “director” i proveïdor de la majoria de proteïnes de la cèl·lula. Gràcies a la seva funció de “director cel·lular”, el nucli envia constantment senyals a la resta d’orgànuls cel·lulars per tal d’executar funcions importants, com per exemple, la divisió o la diferenciació cel·lular.

La funció principal dels mitocondris i els cloroplasts en la producció d’energia cel·lular és ben coneguda. També ho és el fet que aquests orgànuls poden enviar senyals al nucli per a informar-lo del seu estat, fet que es coneix com a senyalització retrògrada. Mitocondris i cloroplasts utilitzen la senyalització retrograda per a sol·licitar al nucli les proteïnes necessàries per a exercir la seva funció de productors d’energia correctament. A més, en el cas de les cèl·lules animals, s’ha descrit que la senyalització retrògrada és important per una varietat de funcions cel·lulars diferents de la producció d’energia. Per exemple, en cèl·lules animals la senyalització del mitocondri al nucli modula processos tant importants com la divisió cel·lular i influeix en la progressió dels tumors.

En l’estudi que es publica ara a la prestigiosa revista Nature Communications, l’equip liderat per la investigadora del CSIC al CRAG, Elena Monte, descriu per primer cop, que els efectes de la senyalització retrògrada en plantes van molt més enllà del que s’havia descrit fins ara, essent capaç de modular el desenvolupament global de la planta. “Ens va sorprendre descobrir que els senyals provinents del cloroplast tenen la capacitat de modificar el desenvolupament de la planta, inclús imposant-se jeràrquicament al nucli” explica Guiomar Martín, estudiant de doctorat del CRAG i primera autora de l’article.  “Ara sabem que, de la mateixa manera que la senyalització del mitocondri al nucli regula processos clau en els animals, el cloroplast també regula el desenvolupament de la planta per un mecanisme que hem pogut descriure a nivell molecular”, afegeix la investigadora principal de l’estudi, Elena Monte.


E. Monte i G. Martín observant plàntules a la cambra de creixement in vitro visitable


E. Monte i G. Martín observant plàntules a la cambra de creixement in vitro visitable


El cloroplast: un sensor d’estrès

El grup de recerca del CRAG va utilitzar petites plàntules d’Arabidopsis thaliana en procés de desenvolupament guiat per la llum (fotomorfogènesi) i les va tractar amb un fàrmac que malmet els cloroplasts. Sorprenentment, les plantes tractades amb el fàrmac adquirien una aspecte similar a les plantes crescudes en absència de llum, indicant que la senyalització retrògrada estava, en aquest cas, reprimint la fotomorfogènesi normal tot i la presència de llum. En vista d’aquest resultat, els investigadors van cercar quin era el mecanisme molecular que causava aquest efecte.

Experiments posteriors van indicar que el gen nuclear GLK1 és clau en la regulació de la fotomorfogènesi, essent un gen que està regulat per la senyalització retrògrada i per les proteïnes PIF, que són sensibles a la llum. En foscor les proteïnes PIF són abundants i eviten l’acció de GLK1, però quan la plàntula surt de sota terra i li arriba la llum, les proteïnes PIF es degraden, permetent que GLK1 promogui el desenvolupament fotomorfogènic de la plàntula, que inclou per exemple, l’expansió de les fulles i l’adquisició de la clorofil.la i per tant del color verd.  Tanmateix, quan el cloroplast es danya (p. ex. a l’aplicar el fàrmac) o detecta que les condicions ambientals són estressants (p. ex. al sotmetre la planta a il·luminació excessiva) l’expressió de GLK1 baixa en resposta als senyals retrògrads enviats pel cloroplast, per un mecanisme independent de PIF.  Gràcies a aquest mecanisme molecular, que permet frenar el desenvolupament, la planta es protegeix del dany foto-oxidatiu i resta a l’espera que les condicions siguin favorables per al creixement.

Així doncs, en l’article publicat ara a Nature Communications, es descriu per primer cop que el cloroplast funciona com una antena sensora d’estrès capaç de prendre temporalment la direcció de la cèl·lula al nucli per a modificar el desenvolupament de la planta i protegir-la.

Per Elena Monte, “aquest treball contribueix a entendre com els orgànuls endosimbiòtics en eucariotes poden canviar el desenvolupament global de l’organisme.” “ En plantes, aquest avenç pot ajudar a trobar solucions per a fer front a l’augment de la radiació, i per tant, a  l’estrès lumínic, com a conseqüència del canvi climàtic”, afegeix l’experta.

En aquest treball també hi han participat els investigadors del CRAG Pablo Leivar i Dolors Ludevid, i els investigadors de la Universitat de Califòrnia a Berkeley James M. Tepperman i Peter H. Quail. Aquest treball ha estat finançat per projectes i beques concedides als membres del grup de recerca d’Elena Monte del Govern d’Espanya, de la Generalitat de Catalunya i de la Comissió Europea (programa Marie Curie),  i per projectes dels Instituts Nacionals de Salut (NIH) i del  Departament d’Agricultura dels EUA concedits a Peter H.Quail.

 

Article de referència:

Guiomar Martín, Pablo Leivar, Dolores Ludevid, James M. Tepperman, Peter H. Quail & Elena Monte “Phytochrome and retrograde signalling pathways converge to antagonistically regulate a light-induced transcriptional network” Nature Communications. May, 2016

 

Imatge:

Imatge microscòpica de cèl·lules de la tija de la plàntula Arabidopsis thaliana. En verd s’observen els cloroplasts i en blau els nuclis de les cèl·lules.