Investigadores descubren la clave de un misterio molecular sobre cómo las plantas responden a las condiciones cambiantes.

6 de febrero de 2024

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por Daegan Miller, Universidad de Massachusetts Amherst

Recientemente, un equipo de investigadores de la Universidad de Massachusetts Amherst publicó un estudio pionero que responde a una pregunta central en biología: ¿Cómo organizan los organismos una amplia gama de procesos celulares cuando se encuentran con un cambio, ya sea interno o en el entorno externo, para prosperar en buenos tiempos o sobrevivir en tiempos difíciles?

La investigación, centrada en las plantas y publicada en Cell, identifica las interacciones entre cuatro compuestos: la pectina, las proteínas receptoras FERONIA y LLG1 y el péptido de señal RALF. En particular, el equipo descubrió que un proceso de condensación molecular, llamado separación de fases líquido-líquido, que ocurre entre la pectina y RALF en la interfaz entre la pared celular y la membrana celular, gobierna cómo un estímulo desencadena muchos procesos celulares. Juntos, estos procesos generan una respuesta ventajosa para la planta.

"Los biólogos a menudo trabajan de forma lineal: observamos cómo llega un estímulo y luego supervisamos una respuesta específica a lo largo de una determinada vía celular que creemos que está detrás de esa respuesta. Pero en realidad, las células mantienen una multitud de vías, que se mantienen cuidadosamente y deben coordinarse todo el tiempo", dice Alice Cheung, profesora distinguida de bioquímica y biología molecular en UMass Amherst y autora principal del artículo.

Cheung y su colaborador de mucho tiempo y coautor principal, Hen-Ming Wu, han reflexionado sobre la pregunta del estímulo y la respuesta desde que descubrieron en 2010 y 2015 que el par receptor FERONIA-LLG1 es un candidato ideal para desentrañar el desafiante rompecabezas. FERONIA-LLG1 impacta casi todos los aspectos de la vida de las plantas: desde el crecimiento de una plántula recién brotada hasta la madurez y la reproducción de la siguiente generación, y el mantenimiento de todo tipo de desafíos en el intermedio, como enfermedades y extremos climáticos.

"Hemos tardado muchos años en completar un conjunto de estudios que comenzó desde ángulos diferentes pero diseñados deliberadamente para proporcionar una historia coherente, que de otro modo sería imposible de contar", dice Cheung, refiriéndose al postdoctorado James Ming-Che Liu y la estudiante de posgrado Jessica Fang-Ling Yeh, ambos coautores principales del artículo, y a Robert Yvon, un estudiante de doctorado recién graduado en biología molecular y celular.

La investigación comenzó con una investigación sobre cómo la señal (o ligando) RALF afecta al FERONIA-LLG1 en la membrana celular. El equipo observó algunos resultados desconcertantes: la célula no simplemente incorporaba FERONIA-LLG1 en el interior celular, un proceso conocido como endocitosis y una respuesta típica; cada molécula de la membrana celular que probó el equipo se vio afectada. Además, a diferencia de la interacción típica ligando-receptor, el ligando RALF permaneció fuera de la célula en una matriz extracelular rica en pectina llamada pared celular.

Luego, el equipo examinó las interacciones bioquímicas y biofísicas entre las cuatro moléculas, cómo estas interacciones afectan el comportamiento de estas moléculas a nivel celular y cómo afectan los resultados fisiológicos de las plantas utilizando dos estreses ambientales frecuentes: temperatura elevada y salinidad.

Los resultados proporcionan, por primera vez, un mecanismo para explicar cómo las células de las plantas coordinan muchas vías diferentes en respuesta a una señal de estrés única para volverse más resistentes y sobrevivir. El trabajo también demuestra por primera vez cómo la separación de fases en la interfaz entre la pared celular y la membrana celular, el frente donde una célula vegetal detecta y responde a estímulos externos, puede afectar profundamente una respuesta celular colectiva.

Cheung agrega que "el trabajo no podría haberse realizado sin las instalaciones centrales en el Instituto de Ciencias de la Vida Aplicadas y la contribución de James Chambers, director del núcleo de microscopía de luz y coautor del artículo".

Proporcionado por la Universidad de Massachusetts Amherst