Buscando el gen que controla el crecimiento de las plantas
La rotación de la tierra alrededor de su eje provoca ciclos de luz, oscuridad y temperaturas con los que han evolucionado todos los organismos vivos terrestres. A nivel evolutivo, esto ha llevado a que, en la mayoría de los sistemas biológicos, las diferentes tareas que permiten sobrevivir se ejecuten durante determinados tiempos del día. Los hombres, como animales de costumbres diurnas, tienen unos ciclos fisiológicos relacionados con la luz y oscuridad. Las plantas se encuentran en una situación incluso más dependiente de dichos ciclos, ya que la energía de la que se nutren solo llega a determinadas horas. Aquí se observa un claro caso de convergencia evolutiva funcional, dado que bacterias, hongos, plantas y animales poseen un sistema llamado reloj circadiano cuya función es coordinar los procesos internos con la situación ambiental.
Las señales ambientales, que en el caso de las plantas incluyen luz y temperatura, son señales físicas que se integran en el sistema biológico, de naturaleza química, a través de receptores. Las plantas tienen varios receptores de luz, entre los que destaca un grupo conocido como ZEITLUPE/LKP2/FKF, que son proteínas que reciben la luz de color azul. Al recibir la luz, se activan procesos que hacen que la planta sepa que el día se ha iniciado y que, por lo tanto, es hora de hacer las tareas del día, como por ejemplo la fotosíntesis. La proteína ZEITLUPE controla al llamado ‘complejo nocturno’ que, como su nombre indica, rige los procesos metabólicos nocturnos y está formado por varias proteínas.
Entre los aspectos regulados por el reloj circadiano más conocidos popularmente se encuentra la emisión de olor, técnicamente volátil, por las flores de noche, como el Don Diego de noche, el jazmín o las petunias. Otras, como la rosa, la boca de dragón y muchas plantas mediterráneas, lo hacen de día. Si bien es un fenómeno conocido, no se sabe cómo se regula a nivel genético, ni cuáles son los efectos de las condiciones ambientales sobre dichas emisiones.
En el proyecto desarrollado en la Universidad Politécnica de Cartagena, titulado ‘Determinación del control de la emisión de volátiles florales por el bucle nocturno del reloj circadiano en Petunia’, se ha llevado a cabo un análisis funcional de varios genes que forman el bucle nocturno. Para ello se han desarrollado líneas de silenciamiento en las que los genes producen cantidades muy pequeñas o nulas de producto, permitiendo conocer los efectos de dicha pérdida de función.
Papel de adaptación
El trabajo más avanzado con ZEITLUPE muestra que dicho gen juega un papel fundamental de adaptación, pues regula la floración en invierno, permitiendo que las plantas no se retrasen al llegar a la primavera. Además, se ha podido constatar, utilizando sistemas de visión artificial, que el crecimiento se produce a un ritmo más lento de lo esperado. Esto implica al reloj en el control de la velocidad de crecimiento, uno de los parámetros que determinan la productividad en agricultura.
La reducción de los niveles del gen ZEITLUPE origina una modificación de la mezcla de compuestos que conforman el aroma de la flor. Además, cambia la fase del día en la que se emite el aroma, produciendo pues un desfase temporal de las emisiones. El efecto no es lineal, pues algunos compuestos se adelantan y otros se atrasan. “Nuestros resultados muestran un complejo control del crecimiento y producción de volátiles por parte del reloj. Futuros experimentos deben permitirnos entender cómo se produce dicho control”, afirman los investigadores sobre las conclusiones del proyecto.
Proyecto de investigación ‘Determinación del control de la emisión de volátiles florales por el bucle nocturno del reloj circadiano en Petunia’. Investigador principal: Marcos Egea Gutiérrez-Cortines, de la Universidad Politécnica de Cartagena, Genética Molecular.