Cómo los lípidos antiestrés ayudan a las plantas a ser más resistentes
Las duras condiciones medioambientales limitan las zonas de cultivo y pueden provocar pérdidas de rendimiento. Dado que los factores estresantes, como la sequía y la salinidad, provocan cambios en la fisiología y la bioquímica de las plantas, comprender cómo las detectan y se adaptan a ellos se ha convertido en una cuestión de investigación apremiante. Se sabe que una serie de compuestos orgánicos, conocidos colectivamente como lípidos, que forman parte de la membrana de una célula vegetal, son clave. «Dos lípidos, el diacilglicerol y el ácido fosfatídico, conocidos como segundos mensajeros(se abrirá en una nueva ventana) esenciales, desencadenan cambios fisiológicos a nivel celular de la planta», explica Miguel Botella, coordinador del proyecto PLISUS, financiado con fondos europeos. «Dada esta importante función, deben estar estrechamente regulados, por eso queríamos explorar algunos de los mecanismos clave que lo hacen posible». El equipo del proyecto estaba interesado en explorar el papel de los lugares de contacto entre las unidades de funcionamiento de una célula (orgánulos) —especialmente aquellos situados en el denominado «retículo endoplasmático y la membrana plasmática»—, conocidos por ser esenciales para la comunicación y regulación de los procesos celulares. Dicha investigación se llevó a cabo con el apoyo de las acciones Marie Skłodowska-Curie(se abrirá en una nueva ventana).
Exploración del retículo endoplasmático y la membrana plasmática
En las plantas, las membranas celulares forman numerosos puntos de contacto entre la mayoría de los orgánulos de la célula, incluida la membrana plasmática que rodea a las células y las protege del entorno exterior. Las células vegetales han desarrollado varios procesos de señalización para advertir de los factores de estrés y desencadenar procesos de protección. La señalización lipídica desplaza los lípidos de la membrana plasmática a la membrana del retículo endoplasmático. Una familia de proteínas denominadas «sinaptotagminas»(se abrirá en una nueva ventana) son esenciales para este proceso, ya que «atan» las membranas entre sí. Estudios anteriores habían demostrado que las sinaptotagminas contienen una región denominada «dominio SMP» que se ha demostrado que se une a una clase de lípidos denominados «fosfolípidos»(se abrirá en una nueva ventana), lo cual sugiere el mecanismo por el que las proteínas sinaptotagminas regulan realmente la señalización lipídica. «Las proteínas sinaptotagminas podrían estar trasladando estos fosfolípidos de la membrana plasmática al retículo endoplásmico, donde se modifican antes de ser enviados de nuevo a la membrana plasmática para contrarrestar el estrés», añade Botella. Para investigarlo, el equipo utilizó microscopía confocal para estudiar una planta modelo, el berro común («Arabidopsis thaliana»), utilizando plantas silvestres como grupo de control, junto con mutantes sinaptotagminas a los que se había insertado una proteína sinaptotagmina que no funcionaba. Con el interés de analizar cómo la endocitosis —el proceso que utilizan las células para regular qué sustancias entran y salen de las células— se ve afectada por el estrés, se estudiaron las plantas en condiciones de control y tras tratamientos de frío. Descubrieron que en los mutantes la endocitosis sí resultaba afectada, ya que el estrés por frío alteraba el contenido de lípidos de diacilglicerol en la membrana plasmática. A fin de profundizar en este proceso, el equipo del proyecto utilizó el análisis transcriptómico para encontrar otros genes que pudieran estar controlando el proceso de endocitosis. Aunque en el proyecto se encontraron proteínas de interés, resulta necesario seguir investigando antes de sacar conclusiones. «En trabajos anteriores se ha descrito cómo las sinaptotagminas mantienen estable el lípido diacilglicerol en la membrana plasmática(se abrirá en una nueva ventana), cuando está sometido a estrés. En PLISUS se vincula esta homeostasis con el proceso endocítico», afirma Botella. «Nos sorprendió que los complejos de sinaptotagminas mutados fueran incapaces de realizar la endocitosis en absoluto, lo cual sugiere que el contenido de diacilglicerol en la membrana plasmática es un regulador esencial de este proceso».
Cultivos más resilientes
Los conocimientos de PLISUS contribuyen a las iniciativas por mejorar la resistencia de los cultivos mediante programas de fitomejoramiento o manipulación genética. «Como la escasez de agua y la elevada salinidad restringen los lugares donde se pueden cultivar cosechas y plantas hortícolas, nuestros hallazgos podrían tener aplicaciones prácticas muy concretas», explica José Aznar-Moreno, investigador del proyecto. Dado que el mecanismo molecular subyacente exacto y las consecuencias fisiológicas del vínculo entre el complejo de sinaptotagminas y la vía endocítica siguen siendo desconocidos, ahora este es el objetivo de los investigadores.
