El vínculo entre el tiempo y la energía en los genes de las plantas
La red que forma el reloj biológico de las plantas, conocido como reloj circadiano, es la responsable de controlar muchos de los aspectos de su crecimiento y metabolismo. Particularmente, la correcta gestión del metabolismo del carbono entre el día y la noche es fundamental para que las células de las plantas no se queden sin oxígeno. Dotados con fondos europeos, los investigadores del proyecto TIMET (Linking the clock to metabolism) escogieron para su estudio tres sistemas biológicos estrechamente relacionados: el reloj circadiano, la ruta metabólica del almidón y la ruta metabólica del isoprenoide. Los isoprenoides (que incluyen el colesterol, la vitamina K y todas las hormonas esteroideas) se ocupan de producir hasta treinta mil moléculas biológicas. Las investigaciones que se llevaron a cabo dentro de este proyecto se fundamentaron en la acumulación de grandes cantidades de datos y su integración en un modelo complejo, enfoque conocido como biología de sistemas. En los resultados de esta investigación se integraron los productos de la expresión génica relacionada con el reloj circadiano y estos se vincularon con múltiples rutas de salida de dicho reloj. Tanto los datos del transcriptoma como los del proteoma mostraron que los ritmos diarios de la productividad molecular se ven afectados por la variación de la duración del día, por las mutaciones metabólicas y relativas al reloj y también por el cambio climático. Se calculó con frecuencia horaria la regulación del almidón, y los resultados apuntan a un mecanismo de retroalimentación a nivel sistémico. Curiosamente, se halló que la degradación del almidón continúa durante el día, cuando en modelos anteriores se había distinguido entre un estado diurno y otro nocturno. Las indagaciones pusieron de manifiesto cómo se optimiza el uso de la energía y del carbono y se determinaron los factores globales que rigen la tasa de crecimiento. El equipo de investigadores también elaboró una publicación sobre la relación entre el control del azúcar y el ritmo circadiano para el crecimiento de la raíz. Además se descubrieron metabolitos y moléculas fundamentales y se construyó una infraestructura de datos que respaldase futuras investigaciones. Los modelos desarrollados sacaron a relucir nuevos grupos y redes de genes que regulan el metabolismo de los vegetales por la noche y por el día según un sistema inesperadamente flexible. Se diseñó un modelo marco general a partir de estos nuevos conocimientos y se ensayó con un reloj mutante simulado a fin de explicar los cambios en cuanto a la biomasa. El equipo de TIMET ha relacionado las alteraciones en las dinámicas de la expresión génica con los cambios cuantitativos en uno de los niveles más altos de control en las plantas, lo cual supone un logro sin precedentes. Los procesos del metabolismo estudiados en TIMET durante este proyecto son de los más importantes para determinar el rendimiento agrícola, tanto de los cultivos alimentarios como de los de otras clases. Sin duda, los trabajos futuros se centrarán en aplicar el enfoque de sistemas a los cultivos agrícolas de mayor importancia económica y también a otros sistemas biológicos.
Palabras clave
Metabolismo de las plantas, expresión génica, reloj circadiano, ruta metabólica, cultivo
