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Regulation of iron-sulfur (Fe-S) cluster assembly in plastids and coordination with plant physiology

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La formación de los centros hierro-azufre en plantas

La fotosíntesis, la capacidad de convertir la energía solar en alimento, es vital para el mantenimiento de todas las formas de vida de la Tierra. Los centros hierro-azufre (Fe-S) son cofactores enzimáticos versátiles que son componentes clave de los cloroplastos y desempeñan un papel importante en la fotosíntesis.

Cambio climático y medio ambiente

Ante el actual cambio climático global y el consiguiente devenir de las condiciones ambientales, es vital la comprensión de la regulación y la función de los centros Fe-S en los cloroplastos. Teniendo esto en cuenta, se inició el proyecto financiado por la Unión Europea INTEGRREGULFESPLAST. La investigación previa ha demostrado que la enzima cisteína desulfurasa (CpNifs) es necesaria para el suministro de S durante el ensamblaje de los complejos Fe-S en los cloroplastos. La proteína CpSufE se une a la proteína CpNifS para dar lugar al ensamblaje de los grupos Fe-S. Sin embargo, aún no se sabe con certeza cómo los cloroplastos ensamblan estos centros. Para dilucidar este cuestión, los investigadores siguieron un método bioquímico-fisiológico-genético integral para estudiar el ensamblaje del sistema Fe-S del cloroplasto en la planta modelo Arabidopsis thaliana. Las plantas crecieron en condiciones hidropónicas para evaluar su respuesta a variaciones en la nutrición y en las condiciones ambientales. En concreto, se probaron diferentes niveles de Fe y S, así como condiciones variables de luminosidad. Los investigadores evaluaron cambios en parámetros fisiológicos y fenotípicos como la biomasa vegetal, el contenido en clorofila, la actividad fotosintética y la expresión génica. Empleando técnicas como la electroforesis (Western Blot) y la recolección de anticuerpos, los investigadores observaron cambios en los niveles de la proteína diana y en la regulación de los centros Fe-S. Se diseñaron constructos de ARN de interferencia inducibles artificialmente y se emplearon plantas mutantes seleccionadas, modificadas genéticamente, con el objetivo de suprimir de manera específica determinadas proteínas para posteriormente estudiar sus funciones. Empleando la analogía de secuencias, los miembros del proyecto ya han aislado diferentes compuestos pertenecientes a familias concretas de proteínas relacionadas con las biogénesis de los centros Fe-S en los cloroplastos. Un descubrimiento de gran importancia fue la interacción de la proteína 5’ adenosina fosfatosulfurasa reductasa (APR) con la proteína SufE y su papel en el metabolismo del S durante la formación de los centros Fe-S. Los resultados revelaron un empobrecimiento en el suministro de las proteínas APR cuando el aporte de Fe es bajo, lo que sugiere que la actividad de la cisteína desulfurasa es dependiente de Fe. Sin embargo, los niveles de NifS y de SufE no se vieron afectados por los nivele de Fe. Los resultados del proyecto INTEGRREGULFESPLAST han relacionado la función proteica con la fisiología de toda la planta. Además, se han obtenido nuevos conocimientos acerca de los procesos reguladores tempranos implicados en la biogénesis de los centros Fe-S. En último término, los descubrimientos del proyecto podrían ser aplicados con el objetivo de mejorar la producción de biomasa y la productividad agrícola, con importantes implicaciones para la seguridad alimentaria mundial.

Palabras clave

Centro Fe-S, fotosíntesis, cloroplasto, enzima cisteína desulfurasa, CpNifS, CpSufE, hidropónico, fisiológico, fenotípico, electroforesis, anticuerpo, proteína, construcción genética de un ARN de interferencia, APR, seguridad alimentaria

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