Los científicos descubren un mecanismo vegetal previamente desconocido, y su impacto podría ser masivo

Los científicos encuentran que la salida meiótica en Arabidopsis Impulsado por la inhibición de la traducción mediada por el cuerpo P

Albert Cairo, Karel Reha y sus colegas descubrieron un mecanismo no identificado previamente para reprogramar la expresión génica durante la transición cuando se diferencia de célula a célula. El mecanismo ocurre al final de la meiosis, una división celular especializada requerida para la reproducción sexual, y permite que las células germinales y los granos de polen se diferencien.

Este mecanismo implica la localización dinámica de componentes reguladores esenciales en el condensado intracelular que se asemejan a gotas de líquido. Este proceso está directamente relacionado con la producción de semillas y puede proporcionar nuevas formas de generar cultivos más sostenibles que puedan soportar las duras condiciones ambientales. Los resultados fueron publicados recientemente en la prestigiosa revista Ciencias.

Flor de oruga de campo capturada por microscopio de luz. Crédito: Instituto de Tecnología de Europa Central – Universidad de Masaryk

Las células no son cosas estáticas. Cambian de un tipo a otro. La activación de un conjunto particular de genes afecta cómo las células se especializan en completar tareas específicas y cuándo se dividen o diferencian. Biólogos celulares como Albert Cairo y Karel Reha utilizan una variedad de métodos científicos de vanguardia para explorar el mundo exacto de las plantas. La biología celular está experimentando actualmente una revolución, con la perspectiva tradicional de la organización celular extendiéndose a nuevas alturas.

«Ahora sabemos que la célula contiene no solo orgánulos definidos por membrana convencionales, sino que muchos procesos moleculares están confinados dentro de orgánulos menos específicos de membrana, también llamados condensadores de biomoléculas (biocondensadores). Durante los últimos 10 años, la importancia de estos biocondensadores ha comenzado. ser reconocido”. Ahora estamos contribuyendo a este campo al mostrar cómo se forma un tipo específico de biocondensación al final de la meiosis e inhibe la síntesis de proteínas”, explica Albert Cairo, primer autor de esta investigación.

“Esto, por un lado, pone fin a los procesos de meiosis, pero por otro lado, marca el comienzo de una generación de células genéticamente diferente”, agrega Cairo. Pero eso no es todo. El equipo de investigación cree que mecanismos similares también funcionan en otros organismos y entornos celulares, incluida la diferenciación celular o las respuestas al estrés.

El descubrimiento por parte de los miembros del laboratorio de Karel Riha podría tener un enorme impacto social.

Albert Cairo y Karel Riha. Crédito: Instituto de Tecnología de Europa Central – Universidad de Masaryk

“Estamos viviendo una emergencia climática. Aunque las plantas pueden soportar una amplia gama de estreses, incluidas las altas temperaturas y la sequía, su crecimiento y reproducción pueden verse gravemente afectados. Esto significa que estamos en peligro de una reducción significativa en el rendimiento de los cultivos, solo cuando el rendimiento debe aumentarse para satisfacer las necesidades humanas. Es por eso que la investigación de plantas ahora debería ser una prioridad”, explica el autor correspondiente y líder del grupo de investigación Karel Riha.

La tarea principal del laboratorio es arrojar luz sobre los procesos biológicos básicos estrechamente relacionados con la reproducción de las plantas y la formación de semillas, que en muchos cultivos se traducen en rendimiento.

Los resultados de la investigación muestran que los condensadores biomoleculares juegan un papel importante en la fertilidad de las plantas y su comportamiento probablemente esté relacionado con el estrés ambiental. Así que está claro que nuestro descubrimiento es el primer paso para desarrollar nuevas soluciones que conduzcan a una producción de cultivos sostenible en condiciones extremas”, explica Albert Cairo.

Las técnicas técnicas que tuvo que hacer el equipo son realmente impresionantes, y esta investigación fue publicada en Ciencias Tenga la seguridad de que el Laboratorio Reha va en la dirección correcta.

El camino al descubrimiento

Estudio de la meiosis en una planta modelo Arabidopsis thaliana Es un desafío particular. El equipo de investigación se centró en células raras e inusuales escondidas en pequeños capullos de flores de 0,1-0,4 mm. Además, las fases de la división meiótica en las que se centra el estudio ocurren rápidamente: todo el proceso lleva de cinco a seis horas. Por lo tanto, no es fácil atraparlo. El equipo de investigación debe utilizar la última tecnología y una buena dosis de creatividad e imaginación para explorar este proceso.

El equipo de Riha tuvo que establecer las condiciones para obtener imágenes en vivo de la meiosis dentro del otro órgano (la parte del estambre que contiene el polen). El equipo utilizó microscopía avanzada y se convirtió en uno de los dos laboratorios del mundo capaces de monitorear directamente la meiosis de las plantas. Otra parte de la experiencia central que obtuvo el equipo fue el dominio de la técnica de protoplastos. Los protoplastos son células vegetales aisladas a las que se les ha privado de la pared celular que las rodea, lo que las hace fáciles de manipular genéticamente y visualizar bajo un microscopio. Esta técnica permitió al equipo resolver algunos problemas de manera más rápida y eficiente que con el uso de células meióticas.

Anna Vargova ha hecho una contribución significativa a la comprensión del mecanismo complejo recién descrito. Pavlina Mikulkova aportó su experiencia y prestó su mano mágica durante la obtención de imágenes de células vivas de la meiosis utilizando un microscopio Light-shit. El equipo de investigación contó con el apoyo de CEITEC CELLIM Core Facility y Plant Science Core Facility. La investigación tomó más de ocho años y fue financiada por el Proyecto de Becas para Jóvenes y Deportes REMAP del Ministerio de Educación checo. «Sería muy difícil desarrollar un proyecto tan complejo sin la financiación a largo plazo que teníamos. De hecho, en algún momento sentí que nuestros límites eran solo nuestra imaginación, y creo que eso fue crucial para nuestro largo plazo». descubrimiento”, dice Albert Cairo.

Referencia: “Éxodo meiótico en Arabidopsis Impulsado por la inhibición de la traducción mediada por el cuerpo P por parte de Albert Cairo, Anna Vargova, Neha Shukla, Claudio Capitao, Pavlina Mikulkova, Sona Valuchova, Jana Pecinkova, Petra Bulankova y Karel Riha, 4 de agosto de 2022, Ciencias.
DOI: 10.1126 / ciencia.abo0904

Curiosamente, este proyecto no contó con ninguna colaboración externa, lo cual es inusual para institutos de investigación internacionales como CEITEC. En este caso, el equipo de investigación estaba entrando en una dirección completamente nueva y la investigación fue concluida exclusivamente por miembros del grupo de investigación de Karel Riha.