Investigadores de la Universidad de Yale han identificado un engranaje genética clave que mantiene el reloj circadiano de las plantas “dando la hora”, un hallazgo que podría tener amplias implicaciones para la agricultura mundial. La investigación aparece el 02 de septiembre en la prestigiosa revista Molecular Cell.

Los agricultores se ven limitados por las estaciones del año, así que la comprensión del ritmo circadiano de las plantas, que controla las funciones básicas tales como la fotosíntesis y la floración, podría modificarse para ser capaz de diseñar plantas que pueden crecer en las diferentes lugares y estaciones del año.

El reloj circadiano es el reloj interno que se encuentra en casi todos los organismos y que ayuda a sincronizar los procesos biológicos con el día y la noche. En las plantas, este reloj es crucial para la regulación del crecimiento en dependencia del tiempo, el día y las estaciones del año.

El reloj funciona a través de la relación de cooperación entre los genes de la ”mañana” y los genes de la “tarde”. Las proteínas codificadas por los genes de la mañana suprimen los genes de la noche al amanecer, cuando los niveles de estas proteínas caen durante el atardecer los genes son nocturnos activados. Curiosamente, estos genes son necesarios de noche para activar los genes de la mañana y completar el ciclo de 24 horas.

La investigación de Yale ha resuelto uno de los últimos misterios que quedan en este proceso cuando se identificó el gen DET1 como crucial para ayudar a reprimir la expresión de los genes de la tarde en el ciclo circadiano.

Las plantas que producen menos DET1 tener un reloj más rápido y necesitan menos tiempo para la floración. Conocer los componentes del reloj circadiano de la planta y sus funciones se apoyará en la selección o la generación de características valiosas en los cultivos y plantas ornamentales.

Referencia

On Sun Lau, Xi Huang, Jean-Benoit Charron, Jae-Hoon Lee, Gang Li, Xing Wang Deng. Interaction of Arabidopsis DET1 with CCA1 and LHY in Mediating Transcriptional Repression in the Plant Circadian Clock. Molecular Cell, 2011; 43 (5): 703-712 DOI:10.1016/j.molcel.2011.07.013

Uno de los mejores ejemplos de la simbiosis con las bacterias que conocemos la establecen las plantas. Es muy conocido que muchas plantas no pueden vivir sin que bacterias que habitan en sus raíces le suministren algunos nutrientes que las plantas no pueden captar por sí solas. En un nuevo ejemplo de la relación planta-bacteria un grupo de científicos demostró que ante el ataque de un patógeno (hongo) a las raíces de la planta las plantas pueden explotar a los consorcios microbianos del suelo para que la protejan contra las infecciones. Creo que deberíamos aprender de las plantas para nuestras propias curaciones y echar mano a las bacterias mediante los probióticos.

Los suelos con ecosistemas excepcionales en los que las plantas de cultivo sufren menos de los patógenos específicos transmitidos por el suelo es debido a las actividades de distintos microorganismos del suelo. Sin embargo, para la mayoría de las relaciones entre las microbios del suelo y las planras, los mecanismos implicados en el control de los patógenos son desconocidos.

Un análisis genómico funcional de los suelos (metagenómica) mediante un PhyloChip que analizó el microbioma de la rizosfera de diferentes con permitieron identificar los grupos clave de bacterias y los genes implicados en la supresión de un hongo que ataca la raíz de las plantas.

El análisis identificó más de 33.000 especies de bacterias y archaeas, y particularmente las Proteobacteria, Firmicutes y Actinobacteria consistentemente asociadas con la supresión de la enfermedad de hongo. También los miembros de las γ-Proteobacteria demostraron tener actividad antimicrobiana mediante la síntesis de péptidos no ribosomales.

En otras palabras, las plantas hechan mano del manojo de bacterias que poseen en sus raíces para enfrentar las enfermedades. Cada vez se nos hace más creíble la flora y fauna de Pandora.

Referencia

Mendes R, Kruijt M, de Bruijn I, Dekkers E, van der Voort M, Schneider JH, PicenoYM, DeSantis TZ, Andersen GL, Bakker PA, Raaijmakers JM. Deciphering the rhizosphere microbiome for disease-suppressive bacteria. Science. 2011, 332(6033):1097-100.

En los documentos los científicos describen un modelo que predice que si se duplicarn los niveles actuales de dióxido de carbono reducirán dramáticamente la cantidad de agua liberada por las plantas. Para esto los científicos reunieron los datos de una diversidad de especies de plantas en la Florida, incluidas las que viven con los individuos, así como muestras extraídas de las colecciones de herbarios y las formaciones de turba de 100 a 150 años de edad.

El aumento de dióxido de carbono en alrededor de 100 partes por millón ha tenido un profundo efecto sobre el número de estomas y, en menor medida, el tamaño de los estomas, afirmaron los científicos. Los análisis muestran que ha habido una enorme reducción en la liberación de agua a la atmósfera.

La mayoría de las plantas utilizan una estructura de poros, llamado estomas en el envés de las hojas para absorber el dióxido de carbono del aire. El dióxido de carbono se utiliza para construir los azúcares, que pueden ser utilizados por la planta para obtener su energía o para su incorporación en las paredes de las plantas de células fibrosas. Los estomas también permiten a las plantas “transpirar” agua, y liberarla a la atmósfera. La transpiración ayuda a impulsar la absorción de agua a las raíces, y también refresca las plantas de la misma manera que el sudor enfría mamíferos.

Si hay menos estomas, o los estomas se cierran más del día, el intercambio de gases se limitará.

El ciclo del carbono es importante, pero también lo es el ciclo del agua. Si disminuye la transpiración, puede haber más humedad en el suelo al principio, pero si hay menos lluvia estp puede significar que habrá menos humedad en el suelo con el tiempo. Esto es parte del ciclo hirdrogeológico y las plantas terrestres son una parte crucial de la misma.

Cuando las plantas transpiran se enfrían. Así que el aire alrededor de las plantas que transpiran menos podría ser un poco más cálidas que lo normal. Pero el ciclo hidrogeológico es complejo. Es difícil predecir cómo cambiará algo que afectará a otros aspectos. Habría que ver cómo estaos fenómenos se suceden.

Aunque es bien sabido que las plantas de larga duración pueden ajustar su número de estomas en cada temporada en función de las condiciones de crecimiento, poco se sabe acerca de los cambios estructurales a largo plazo en el número o el tamaño de los estomas en períodos de décadas o siglos.

Este modelo sugiere que una duplicación de los niveles actuales de dióxido de carbono – de 390 partes por millón a 800 ppm – reducirá a la mitad la cantidad de agua que se pierde en el aire, para concluir en el segundo artículo que la adaptación de las plantas al aumento de CO2 está alterando el ciclo hidrológico y climático y seguirá haciéndolo a lo largo de este siglo.

Un ambiente más seco podría significar la disminución de las precipitaciones y por lo tanto menos movimiento del agua a través de las cuencas hidrográficas.

Referencias

1. E. I. Lammertsma, H. J. de Boer, S. C. Dekker, D. L. Dilcher, A. F. Lotter, F. Wagner-Cremer. Global CO2 rise leads to reduced maximum stomatal conductance in Florida vegetation. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011; DOI: 10.1073/pnas.1100371108
2. H. J. de Boer, E. I. Lammertsma, F. Wagner-Cremer, D. L. Dilcher, M. J. Wassen, S. C. Dekker. Climate forcing due to optimization of maximal leaf conductance in subtropical vegetation under rising CO2. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011; DOI: 10.1073/pnas.1100555108

La diversidad de tamaños del genoma en las plantas y animales ha fascinado, pero al mismo tiempo desconcertado a los científicos ya que esta variación se detectó por primera vez en el siglo 20. ¿Cómo y por qué ha evolucionado esta diversidad? Son importantes preguntas sin respuesta, porque sabemos que el tamaño de los genomas tiene consecuencias biológicas y ecológicas que afectan la distribución y la persistencia de la biodiversidad.

Hay una asombrosa diversidad de tamaños de genoma. El genoma más pequeño notificado hasta la fecha (0.0023 pg de ADN) se encuentra en un parásito (Encephalitozoon intestinalis) de los seres humanos y de otros mamíferos. El genoma humano, (3,0 pg)  es 1300 veces más grande que este, pero a su vez es  insignificante en comparación a los que se encuentran en algunos animales y plantas.

Entre los animales, algunos anfibios tienen genomas extremadamente grandes, pero el mayor registrado hasta ahora pertenece al pez Protopterus aethiopicus con 132,83 pg.

Entre las plantas, el poseedor del récord durante 34 años fue una especie de planta floral Fritillaria assyriaca hasta que a principios de este año un grupo holandés descubrió que un híbrido natural de Trillium (Trillium hagae) poseía un genoma tan sólo 4% más grande que Fritillaria assyriaca (132,50 pg).

Esto se pensaba en general que se acerca el tamaño máximo que podría alcanzar un genoma, hasta que un equipo de científicos de  descubrió que el genoma de otro pariente cercano de la hierba, París japonica tiene un genoma 15% mayor (152,23 pg) que el genoma de Trillium o del pescado.

“Estábamos asombrados al descubrir que esta planta asombrosa pequeña tenía un genoma tan grande – es tan grande que cuando se estira hacia fuera, sería más alto que el Big Ben” dijeron los autores.

“Algunas personas pueden preguntarse cuáles son las consecuencias de un genoma tan grande y si realmente importa si un organismo tiene más ADN que el otro. La respuesta es un rotundo” sí, sí “, y las consecuencias operan en todos los niveles de la célula hasta el organismo entero. En las plantas, las investigaciones han demostrado que las especies con genomas grandes tienen un mayor riesgo de extinción, están menos adaptados a vivir en suelos contaminados y son menos capaces de tolerar condiciones ambientales extremas, todos de gran relevancia en el cambiante mundo de hoy “.

Otro ejemplo de la importancia  del tamaño del genoma en animales y plantas, es el hecho de que mientras más ADN hay en un genoma, más tiempo tarda una célula para copiar todo su ADN y dividirse. El efecto multiplicador de esto es que puede tomar más tiempo para que un organismo con un genoma más grande pueda completar su ciclo de vida que uno con un genoma pequeño. No es casualidad que muchas plantas que viven en los desiertos que deben crecer rápidamente después de las lluvias tienen genomas pequeños que les permite crecer rápidamente. Por el contrario, las especies con grandes genomas crecen mucho más lentamente y son excluidos de tales hábitats.

Referencia

Jaume Pellicer, Michael F. Fay, Ilia J. Leitch. The largest eukaryotic genome of them all? Botanical Journal of the Linnean Society, 2010; 164 (1): 10 DOI: 10.1111/j.1095-8339.2010.01072.x

“En los suelos forestales ácidos, la disponibilidad de nutrientes inorgánicos es un factor que limita el crecimiento de los árboles. Una hipótesis para explicar el desarrollo sostenible de los bosques propone que las raíces de los árboles seleccionen los microbios del suelo involucrados en los procesos biogeoquímicos centrales, como la asimilación de los minerales, que pueden contribuir a la movilización de los nutrientes hacia los árboles “, dijeron los autores que publicaron su trabajo en la revista Applied and Environmental Microbiology.

Ciertos microbios son eficientes en la conversión de los minerales inorgánicos en nutrientes. Este proceso, es especialmente importante en los suelos forestales ácidos donde se limita el crecimiento del árbol por el acceso a estos nutrientes. Las bacterias capaces de hacer este proceso pueden liberar los nutrientes necesarios como el hierro de los minerales del suelo. Esto le proporciona a los árboles con estos microbios una ventaja sobre otros árboles.

Desde mucho tiempo que se conoce que la composición y actividad de las comunidades bacterianas del suelo dependen de la fisiología de los árboles y en particular sobre su impacto en las propiedades físico-químicas del suelo y los ciclos de los nutrientes. Sin embargo, ningún estudio se ha abordado la cuestión del impacto de las especies de los árboles en la estructura del suelo forestal en comunidades bacterianas involucradas en la asimilación de los minerales.

“Esta pregunta sobre el impacto de las especies de los árboles en la diversidad funcional de las comunidades bacterianas sigue siendo un problema importante en el sector forestal, especialmente en el contexto del cambio climático, que dará lugar a un cambio en la distribución espacial de las especies de los árboles forestales”, dijeron los autores.

Los investigadores tomaron muestras de suelo de las raíces de hayas, robles y árboles de abeto rojo y determinaron las poblaciones bacterianas. Ellos observaron mayores niveles bacterias capaces de realizar el proceso de asimilación de los minerales en las muestras cerca de las raíces de los robles y hayas en comparación con las muestras del suelo circundante. Esta diferencia no se observó en las muestras de abeto rojo.

“Nuestros resultados sugieren que ciertas especies de árboles han desarrollado estrategias indirectas de asimilación de los minerales en los suelos pobres en nutrientes”.

Referencia

C. Calvaruso, M.-P. Turpault, E. Leclerc, J. Ranger, J. Garbaye, S. Uroz, P. Frey-Klett. Influence of Forest Trees on the Distribution of Mineral Weathering-Associated Bacterial Communities of the Scleroderma citrinum Mycorrhizosphere. Applied and Environmental Microbiology, 2010; 76 (14): 4780 DOI:10.1128/AEM.03040-09

Investigadores que llevan una década estudiando estos diminutos criaturas han identificado una posible causa de su capacidad para comportarse como las plantas.

Las plantas pueden ser comparados con máquinas generadoras de energía solar, sus células contienen pequeños orgánelos llamados plastidios que atrapan la luz solar y la convierten en energía mediante un proceso conocido como fotosíntesis. Los animales, por otra parte, dependen de las plantas u otros animales para sus necesidades de energía.

Esta babosa de mar, sin embargo, funciona un poco diferente. Su principal fuente de alimento es un tipo específico de alga. Al comerse el alga, chupa el citoplasma y digiere la mayor parte de ella pero conserva los plastidios.

Estos plastidios que permanecen en la babosa, continúan con la fotosíntesis y le sirven de alimento. Es decir, la criatura se convierte en una babosa de energía solar que es capaz de producir su propio alimento, como hacen las plantas.

“La fotosíntesis necesita alrededor de 2000 y 3000 genes, y los animales no tienen muchos de los genes críticos”. ¿Cómo lo hace la babosa para mantener la fotosíntesis activa?

Los científicos encontraron que este animal le ha robado literalmente los genes necesarios para la fotosíntesis y los posee en su genoma nuclear, algo que nunca ha sido visto en un animal”. “Lo más crítico es que los plastidios provienen de las algas, pero el núcleo de la babosa contiene varios de los genes necesarios para el funcionamiento de los plastidios”.

Eso significa que los “bebés” babosas nacen con los genes de apoyo para la fotosíntesis, pero tienen que recoger sus propios plastidios para desarrollarse. Manhart dice que si la babosa y el alga se enfrentan a las siempre cambiantes condiciones climáticas, la babosa podría convertirse en un animal fotosintético de verdad, es decir, uno que nace con la plastidios. Por ahora, el siguiente paso sería la secuenciación completa del genoma de la babosa.

Referencia

Rumpho ME, Worful JM, Lee J, Kannan K, Tyler MS, Bhattacharya D, Moustafa A, Manhart JR. Horizontal gene transfer of the algal nuclear gene psbO to the photosynthetic sea slug Elysia chlorotica. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008 Nov 18;105(46):17867-71. Epub 2008 Nov 11.

El descubrimiento, publicado en la revista Annals of Botany, muestra las notables imágenes del grillo (Glomeremus sp) transportando el polen sobre su cabeza mientras se aleja de las flores de color blanco-verdoso de Angraecum cadetii .

Angraecum es un género de orquídeas muy conocido por los estudios de Darwin sobre la orquídea cometa (Angraecum sesquipedale) de Madagascar, y su hipótesis de que fue polinizada por “extraños”  polinizadores, las polillas, una teoría que más tarde se demostró ser cierta muchos años después de su muerte.

Dice Claire Micheneau “Sabíamos desde el control del contenido de polen que la polinización de las flores estaba teniendo lugar. Sin embargo, no observamos nada durante el día”. Por eso instalaron una cámara fotográfica nocturna y pillaron al grillo en acción. Las observación de las imágenes por primera vez, y darse cuenta de que había filmado un cambio verdaderamente sorprendente en la polinización de Angraecum, un género que está principalmente especializado para la polinización por la polilla, fue emocionante.

“Las polillas, que son los principales polinizadores de Angraecum en Madagascar pero no se encuentran en la isla de Reunión y hasta que comenzamos nuestra investigación para la polinización de este género había sido siempre una interrogante uién polinizaba a esta orquídea”

La investigación también reveló que otras dos especies de orquídeas Angraecum de la isla de Reunion (A. bracteosum y A. estriado) son polinizadas por dos especies de pequeñas aves cantoras de ojo blanco (Zosterops borbonicus y Zosterops olivaceus).

Curiosamente los estudios demostraron que el grillo es además un muy eficaz polinizador con tasas más altas de polinización y cuajado de los frutos en Angraecum cadetii  que los registrados en aves de polinización en sus especies hermanas”.

Todo los días descubrimos algo que nos sorprende. La naturaleza es realmente muy sabia.

Referencia

Claire Micheneau, Jacques Fournel, Ben H. Warren, Sylvain Hugel, Anne Gauvin-Bialecki, Thierry Pailler, Dominique Strasberg, and Mark W. Chase. Orthoptera, a new order of pollinator. Annals of Botany, 2010; DOI: 10.1093/aob/mcp299

Para el estudio, el equipo de investigadores examinaron los telómeros de Arabidopsis thaliana, una planta que se encuentra en todo el mundo, y descubrieron una nueva serie de proteínas esenciales para los telómeros. Posteriormente, el equipo identificó la contraparte humana, un descubrimiento que podría ser beneficioso en la comprensión de los cánceres humanos y el envejecimiento celular.

Los telómeros se encuentran en cada extremo de un cromosoma y están compuestos de ADN y proteínas. Su función principal no solo es proteger a los extremos de los cromosomas, sino que también desempeñan un papel clave en la división y el envejecimiento celular.

“Encontramos que la eliminación de unas proteínas vegetales de los telómeros causan problemas en la unión de los cromosomas y defectos dramáticos en el desarrollo de las plantas”, explicaron.

“El equipo de Cincinnati a continuación, puso de manifiesto que la eliminación de su proteína similar en células humanas de cáncer causó también un gran daño en la propagación del ADN  y la pérdida total de algunos de los telómeros.”

“Sabemos que los telómeros actúan como una cápsula de protección para los cromosomas y estos límites son necesarios para detener la fusión de los cromosomas. También sabemos que la longitud de los telómeros determina cuántas veces una célula se puede dividir.

“Sin embargo, todavía no se entienden completamente cómo la estructura telomérica impide unirse a los cromosomas o regula la longitud del telómero. Esto es importante porque los problemas en el mantenimiento de los telómeros puede llevar a enfermedades como el cáncer, los síndromes de envejecimiento prematuro, anemia aplásica y la fibrosis pulmonar. El descubrimiento de un complejo de proteínas nuevas que se requiere para mantener la capa de protección del telómero es muy emocionante y deberían abrir nuevas vías de investigación relacionados con las enfermedades humanas “.

La planta Arabidopsis se encuentra en todo el mundo y se relaciona con la col, el rábano y la familia de las plantas de mostaza. Debido a su composición genética, se ha utilizado durante décadas como un organismo modelo para los estudios de la biología celular y molecular de las plantas con flores. Estos resultados abren nuevas puertas en varios frentes, dando lugar a un “puente evolutivo” en el trabajo actual sobre los telómeros.

Sin dudas que las hierbas pueden ser beneficiosas hasta para el estudio del papel de los telómeros en la salud humana.

Referencia

Yulia V. Surovtseva, Dmitri Churikov, Kara A. Boltz, Xiangyu Song, Jonathan C. Lamb, Ross Warrington, Katherine Leehy, Michelle Heacock, Carolyn M. Price, Dorothy E. Shippen. Conserved Telomere Maintenance Component 1 Interacts with STN1 and Maintains Chromosome Ends in Higher Eukaryotes. Molecular Cell, Vol. 36, Issue 2, pp. 207-218.