Las flores llegan a tiempo: un rompecabezas de proteínas y genes

Por Joaquín Ramírez Ramírez

Hablar de las plantas es hablar de nosotros. Y de casi toda la vida en este planeta. Esos organismos inmóviles, con sus paneles solares apuntando hacia el cielo, son indispensables para que podamos obtener energía. Las plantas con flor, en específico, nos deleitan con sus colores y aromas, y son fuente de muchos frutos que consumimos.

La flor es una estructura de reproducción. En ella se encuentran las células que, al combinarse, darán origen a una semilla y finalmente a una nueva planta. La floración debe ocurrir en un tiempo específico, cuando las condiciones ambientales sean favorables para tener altas probabilidades de éxito. La supervivencia de la planta depende de ello.

¿Cómo saben las plantas cuándo deben florar? Los directores y actores principales son las proteínas. Junto con otras moléculas pequeñas, como hormonas, forman una compleja red de interacciones que llevan a prender y apagar genes. A su vez, los genes en el ADN contienen las instrucciones para hacer otras proteínas. Se trata, pues, de un ejército de proteínas que reclutan a otras moléculas como ellas para catalizar las reacciones químicas necesarias.

Yun Ju Kim y colaboradores del Institute for Basic Science en Corea del Sur identificaron dos proteínas que interaccionan entre sí y que determinan el momento de la floración en Arabidopsis thaliana (un pariente de la planta de mostaza y el organismo modelo para muchos estudios de la biología de las plantas). El trabajo se publicó recientemente en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

Favor de leer las etiquetas

Las flores se originan a partir de las células madre florales. Estas deben diferenciarse o convertirse en células que formen pétalos, sépalos, estambres y carpelo, los órganos florales (ver imagen). “Cada flor tiene un número fijo de órganos y esto depende de la actividad de las células madre florales”, dice Yun Ju Kim. “Si la actividad de estas células no termina en el momento adecuado, la planta produce flores con más o menos órganos florales. Este proceso está fuertemente regulado”. Hay que encender y apagar los genes correctos.

flower

¿Cómo se regula la expresión de los genes? El ADN en las células está asociado a muchas proteínas. Las proteínas llamadas histonas son capaces de enrollar y compactar el ADN, lo que hace menos accesible la información genética para otras proteínas. De esta manera se puede regular la expresión de genes específicos. Las histonas pueden asociarse o disociarse del ADN constantemente con la ayuda de otras proteínas que pueden reconocer ciertas etiquetas en las histonas. Las etiquetas pueden ser diversas modificaciones químicas: acetilación, metilación, fosforilación, entre otras.

Existen proteínas en las células cuya función es poner y quitar estas etiquetas en las histonas. Así, son como diligentes bibliotecarias que ponen notas como “no leer este gen” o “lean este gen ahora” en la biblioteca genómica. La doctora Kim estudió a la proteína HDA9, una enzima que quita etiquetas de acetilo de las histonas, por lo que los bioquímicos le llaman desacetilasa de histonas. El equipo de investigación se propuso conocer qué otras proteínas interaccionan con HDA9 para llevar a cabo la función de quitar las etiquetas de acetilo en las histonas.

Amiga mía

Cuando los científicos analizaron plantas que tenían una mutación en el gen de HDA9 (por lo que no se producía una proteína funcional), se dieron cuenta de que las flores se producían antes de lo normal y que los frutos eran más grandes (ver imagen). Se preguntaron entonces qué otras proteínas estarían participando en ese proceso.

resultados_mutantes

Por estudios anteriores le echaron un ojo a una proteína llamada PWR, que tiene un dominio o región que es importante para remodelar o modificar la estructura del ADN asociado con proteínas. Mediante un estudio de doble híbrido en levadura (una técnica que te permite detectar si dos proteínas están interaccionando entre sí), encontraron que PWR está asociada a HDA9.

Curiosamente, cuando analizaron plantas que tenían una mutación en PWR, observaron que se producía el mismo fenotipo (flores antes de tiempo y frutos grandes). Además, con otros experimentos descubrieron que ambas proteínas estaban relacionadas con los mismos perfiles de expresión de genes en la planta. Toda esta evidencia sirvió para confirmar que HDA9 y PWR actúan en conjunto, como grandes amigas, para quitar la etiqueta de acetilo en las histonas.

Al quitar la etiqueta de acetilo dejan una nota de “no leer este gen”. Se sabe que el gen que no se lee es uno llamado AGL19. Así, la función del complejo HDA9-PWR es el silenciar la expresión de la proteína AGL19. Si esta regulación falla, se produce la proteína AGL19 y las flores se desarrollan antes de tiempo.

“HDA9 y PWR están conservadas en algunas otras plantas y es posible que el tiempo de floración esté regulado por el mecanismo de interacción entre PWR y HDA9”, dice la doctora Yun Ju Kim. “Pero aun no hay evidencias”.

Un rompecabezas de muchas piezas

El descubrimiento de la doctora Kim y sus colegas ayuda a entender mejor cómo se regula la expresión de genes en las plantas. En esta compleja red de interacción de proteínas con otras y con el ADN, las piezas se deben ir dilucidando una a una.

¿Cómo es que las proteínas HDA9 y PWR se activan para realizar su función de reprimir la expresión de AGL19? Es decir, ¿qué señales internas o externas son necesarias para que las células madre florales se diferencien a tiempo?

“Hasta donde sé, los activadores de PWR y HDA9 no se han identificado todavía”, concluye Yun Ju Kim.

La búsqueda de nuevas piezas continúa.

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