Fotosintesis

Los poros de las plantas, llamados estomas, son esenciales para la vida. Cuando evolucionaron hace unos 400 millones de años, ayudaron a las plantas a conquistar la tierra. Mediante el proceso de fotosíntesis, las plantas absorben dióxido de carbono a través de los estomas y liberan oxígeno y vapor de agua, como parte de los ciclos de carbono y agua de la Tierra.

La forma de los estomas es similar a las rosquillas, un poro circular con un orificio en el medio. El poro consiste en dos celdas, las cuales pueden hincharse o contraerse para abrir o cerrar el poro, lo cual es crítico para regular el intercambio de gases en la fotosíntesis, así como los niveles de humedad en los tejidos.

Los estomas son microscópicos; miles de ellos salpican la superficie de las plantas y necesitan estar espaciados uniformemente para maximizar la capacidad de respiración. Pero la forma en que establecen un patrón espacial uniforme durante el crecimiento de la planta ha sido un misterio.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Washington realizó un estudio en el que describe la delicada sinfonía celular que produce los estomas. Los científicos descubrieron que un gen en las plantas conocido como MUTE, orquesta el desarrollo de estas cruciales estructuras.

La investigadora Keiko Torii, autora principal del estudio y profesora en el Departamento de Biología en la Universidad de Washington, explicó:

“El gen MUTE actúa como un regulador principal del desarrollo estomático; ejerce un control preciso sobre la formación adecuada de estomas iniciando una única ronda de división celular, sólo una, en la célula precursora a partir de la cual se desarrollan los estomas”.

Los autores de la investigación estudiaron qué genes rigen la formación de estomas en Arabidopsis thaliana, una pequeña hierba que es una de las plantas más ampliamente estudiadas en el planeta.

Imagen representativa de los estomas, una estructura primordial en forma de rosquilla que se encuentra dispersa por toda la superficie de la planta.

Los investigadores crearon una cepa de Arabidopsis capaz de producir artificialmente una gran cantidad de la proteína MUTE, por lo que podrían identificar fácilmente los genes que activan o desactivan.

Durante el estudio, los investigadores encontraron que MUTE accionó tanto a los activadores de la división celular como a los represores, lo que parecía contradictorio.

A través de experimentos precisos, recopilaron datos sobre la sincronización de MUTE en la división celular. Incorporaron esta información en un modelo matemático que simulaba cómo actúa MUTE tanto para activar como para reprimir la división celular.

Los resultados mostraron que MUTE inicialmente enciende el activador CYCD5, que desencadena una ronda de división celular. Luego, activa a los represores FAMA y FOUR LIPS para evitar una mayor división celular, produciendo un estoma funcional.

El resultado es una secuencia estrechamente acoplada de activación y represión, que da lugar a una de las estructuras más antiguas en las plantas.

La investigación podría ayudar a los científicos a adaptar el número y la disposición de los estomas a diferentes entornos. Esto podría regular la eficiencia con que las plantas absorben dióxido de carbono o vapor de agua.

Referencia: MUTE Directly Orchestrates Cell-State Switch and the Single Symmetric Division to Create Stomata. Developmental Cell, 2018. https://doi.org/10.1016/j.devcel.2018.04.010

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