Identifican una proteína responsable del mecanismo detector de oxígeno de las plantas

No hace falta ser botánico o jardinero aficionado para saber que un exceso de agua puede matar a una planta. Si se inunda o se riega de más una planta, se impide que ésta absorba suficiente oxígeno para realizar correctamente los procesos de respiración celular y producción energética. Para combatir este estado de hipoxia, en las plantas se activan genes específicos. Lo que no se había averiguado hasta ahora es la forma en la que las plantas perciben la concentración de oxígeno. Investigadores europeos han identificado una proteína capaz de unirse a ciertas regiones del ADN (ácido desoxirribonucleico) e iniciar la transcripción de genes de respuesta al estrés. Los resultados, publicados en Nature, podrían mejorar la tolerancia de los cultivos a episodios temporales de inundación.

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arios estudios recientes han observado que la membrana celular segrega determinada proteína o factor de transcripción que se acumula en el núcleo y activa genes de respuesta al estrés. Científicos de Alemania, Italia y Países bajos afirman que han identificado una variante de la ruta de degradación proteica regla del N-terminal dependiente de la ubiquitina, activa tanto en mamíferos como en vegetales, que ejerce como un mecanismo sensor del oxígeno en la Arabidopsis thaliana, una angiosperma pequeña utilizada como organismo modelo de la biología vegetal.

Los descubrimientos muestran que las plantas con una sobreexpresión de la proteína RAP2.12 tienen una tolerancia mayor si se ven sumergidas y se recuperan más rápido de una inundación.

«Cuando la concentración de oxígeno es baja, como ocurre en una inundación, se segrega RAP2.12 desde la membrana plasmática y se acumula en el núcleo, lo cual activa una expresión génica destinada a realizar una aclimatación a la hipoxia», explican los autores en su artículo. «Nuestro descubrimiento de un mecanismo detector del oxígeno ofrece nuevas posibilidades para mejorar la tolerancia a las inundaciones en los cultivos.»

El equipo se centró en la función del N-terminal de la proteína (el comienzo de la cadena de aminoácido). Un cambio en esta secuencia de aminoácidos, ya sea por adición o sustracción de uno de ellos, provoca el deterioro de la respuesta vegetal a la baja disponibilidad de oxígeno.

Las condiciones aeróbicas normales fomentan la unión de RAP2.12 a la membrana celular. Cuando baja la concentración de oxígeno, la proteína se separa de la membrana y se acumula en el núcleo y ejerce de factor de transcripción que estimula la expresión de genes específicos. Cuando vuelve a aumentar la disponibilidad de oxígeno, la RAP2.12 se degrada con rapidez para detener la transcripción de genes de respuesta al estrés, según los investigadores.

Indican que en plantas que expresaron una RAP2.12 modificada en la N-terminal, la proteína se situó en el núcleo incluso antes de iniciarse el estrés provocado por la falta de oxígeno. La proteína modificada se acumuló en el núcleo al iniciarse el proceso de hipoxia, pero no se degradó al volver a concentraciones de oxígeno normales.

En sus logros cabe destacar además el descubrimiento de la función de la regla del N-terminal. «Según la regla del N-terminal, el primer aminoácido de una proteína determina la duración de su ciclo vital», afirmó Joost van Dongen, del Instituto Max Planck de Fisiología Molecular de las Plantas, coautor del artículo y coordinador del equipo. «Existen aminoácidos estabilizadores y otros desestabilizantes. Nuestro descubrimiento de la RAP2.12 como un componente básico del mecanismo de detección de oxígeno en plantas ofrece posibilidades interesantes para aumentar la tolerancia a inundaciones en los cultivos.»

Cerca del 10 % de la superficie cultivable del mundo está en zonas inundables.