Investigamos para mejorar la productividad agrícola
El estudio de los mecanismos genéticos y moleculares que regulan la germinación, el crecimiento y el desarrollo de las plantas abre caminos para mejorar la producción agrícola, afirma el doctor Pablo Cerdán, jefe del Laboratorio de Biología Molecular de Plantas de la Fundación Instituto Leloir (FIL).
El estudio de los mecanismos genéticos y moleculares que regulan la germinación, el crecimiento y el desarrollo de las plantas abre caminos para mejorar la producción agrícola, afirma el doctor Pablo Cerdán, jefe del Laboratorio de Biología Molecular de Plantas de la Fundación Instituto Leloir (FIL).
Cerdán obtuvo su título de Licenciado en Ciencias Biológicas en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires y se doctoró en la misma universidad. De 1999 a 2003, realizó estudios postdoctorales en el Salk Institute for Biological Studies, y en 2004 ingresó a la Carrera del Investigador del CONICET y puso en marcha su laboratorio en la FIL. En la siguiente entrevista, el científico de la FIL describe sus hallazgos principales y destaca la relevancia de la biología vegetal para aumentar la producción de alimentos.
-Gran parte de sus investigaciones se centran en los fitocromos. ¿Qué son estas estructuras?
Así como nuestros ojos tienen células fotosensoras denominadas “conos”, que nos permiten ver los distintos colores y adquirir información del entorno, las plantas poseen distintas familias de fotorreceptores que cumplen un papel similar. Estos sensores le indican a la planta en qué momento del día o estación del año se encuentra o si está rodeada de plantas vecinas. Con esa información, germina, crece y se desarrolla en los momentos más propicios. En total tienen, dependiendo de cada especie, cerca de 13 fotorreceptores distintos, cinco de los cuales son los fitocromos A, B, C, D y E.
-Precisamente usted lideró el año pasado un trabajo – publicado en “PLOS Genetics” – que describe cómo la planta integra la información proveniente de esos cinco receptores de luz para que se desarrolle de la manera más adecuada de acuerdo a las claves del ambiente.
Sí. A partir de la década de 1950 comenzaron a describirse los fitocromos. Muchos estudios se centraron en el análisis de uno o algunos de ellos. Con mucha paciencia y dedicación, decidimos estudiar el modo en que la planta integra y hace un balance de los datos de todos los fitocromos. Y de qué manera esta información influye en su desarrollo.
¿Qué tipo de aplicaciones podría tener en el futuro este hallazgo?
Este trabajo abre caminos para el desarrollo de cultivos que puedan reproducirse en otras latitudes o alterar su ciclo, a partir del conocimiento de los genes involucrados en la percepción del tiempo y el paso de las estaciones. Nosotros hicimos experimentos con Arabidosis thaliana un modelo vegetal que comparte información genética con el maíz, trigo y otros cultivos de importancia alimentaria.
– Uno de sus trabajos – publicado en la revista científica “Proceedings of the National Academy of Sciences” – permitió generar una planta carente de fitocromos, es decir, una planta“ciega” a la luz roja.
Así es. Lo logramos mediante técnicas de ingeniería genética. Observamos que las semillas sin esos sensores de luz no germinaban pese a que eran expuestas a la luz. No obstante, en el laboratorio las hicimos germinar agregándole al medio de cultivo una hormona cuya síntesis depende de los fitocromos que no tenían. Y en otro experimento demostramos que los “fitocromos” que perciben la luz roja del espectro son fundamentales porque son los que se encargan de informarle a la planta, entre otras cosas, si es el momento indicado para germinar, florecer o acelerar el crecimiento, de acuerdo con las condiciones del ambiente.
-Podría explicar qué mecanismo clave de la herencia vegetal describieron en otro trabajo también publicado en “PLOS Genetics” en 2015?
Cuando los organismos, vegetales o animales, crecen, sus células se multiplican. Para que ello ocurra, primero debe duplicarse el material genético, el ADN, para que las células hijas reciban una copia completa de todos los genes allí codificados. La enzima polimerasa delta es una molécula que, junto a otras, se encarga de duplicar el ADN para las células que se van originando. Tras realizar una serie de experimentos, para nuestra sorpresa descubrimos que una falla en esta enzima puede a su vez generar marcas en otras piezas llamadas histonas, las cuales son necesarias para empaquetar de un modo apropiado el ADN en el núcleo de las células hijas, pero que a su vez influyen de manera decisiva en la expresión de los genes.
-¿Qué le sucede a la planta si ocurren fallas en esa enzima?
Antes de responder eso hay que tener en cuenta que las marcas en las histonas son muy importantes para que las células hijas ‘recuerden’ cuales genes estaban activos y cuales inactivos en la célula progenitora, un mecanismo muy importante para que cada célula mantenga su identidad y la planta crezca adecuadamente. Nosotros vimos que las fallas en la polimerasa delta dejan huellas erróneas en las histonas vinculadas al gen SEP3, asociado con la floración. Estos defectos hacen que el gen SEP3 se “prenda” antes de lo esperado y en tejidos de la planta donde no suele hacerlo. Como consecuencia florece más temprano y por lo tanto no responde bien a los cambios estacionales. Este avance también podría ser importante para desarrollar nuevas estrategias que apunten a incrementar la productividad de los cultivos, un objetivo necesario para el sustento de una población mundial en aumento.
Cerdán obtuvo su título de Licenciado en Ciencias Biológicas en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires y se doctoró en la misma universidad. De 1999 a 2003, realizó estudios postdoctorales en el Salk Institute for Biological Studies, y en 2004 ingresó a la Carrera del Investigador del CONICET y puso en marcha su laboratorio en la FIL. En la siguiente entrevista, el científico de la FIL describe sus hallazgos principales y destaca la relevancia de la biología vegetal para aumentar la producción de alimentos.
-Gran parte de sus investigaciones se centran en los fitocromos. ¿Qué son estas estructuras?
Así como nuestros ojos tienen células fotosensoras denominadas “conos”, que nos permiten ver los distintos colores y adquirir información del entorno, las plantas poseen distintas familias de fotorreceptores que cumplen un papel similar. Estos sensores le indican a la planta en qué momento del día o estación del año se encuentra o si está rodeada de plantas vecinas. Con esa información, germina, crece y se desarrolla en los momentos más propicios. En total tienen, dependiendo de cada especie, cerca de 13 fotorreceptores distintos, cinco de los cuales son los fitocromos A, B, C, D y E.
-Precisamente usted lideró el año pasado un trabajo – publicado en “PLOS Genetics” – que describe cómo la planta integra la información proveniente de esos cinco receptores de luz para que se desarrolle de la manera más adecuada de acuerdo a las claves del ambiente.
Sí. A partir de la década de 1950 comenzaron a describirse los fitocromos. Muchos estudios se centraron en el análisis de uno o algunos de ellos. Con mucha paciencia y dedicación, decidimos estudiar el modo en que la planta integra y hace un balance de los datos de todos los fitocromos. Y de qué manera esta información influye en su desarrollo.
¿Qué tipo de aplicaciones podría tener en el futuro este hallazgo?
Este trabajo abre caminos para el desarrollo de cultivos que puedan reproducirse en otras latitudes o alterar su ciclo, a partir del conocimiento de los genes involucrados en la percepción del tiempo y el paso de las estaciones. Nosotros hicimos experimentos con Arabidosis thaliana un modelo vegetal que comparte información genética con el maíz, trigo y otros cultivos de importancia alimentaria.
– Uno de sus trabajos – publicado en la revista científica “Proceedings of the National Academy of Sciences” – permitió generar una planta carente de fitocromos, es decir, una planta“ciega” a la luz roja.
Así es. Lo logramos mediante técnicas de ingeniería genética. Observamos que las semillas sin esos sensores de luz no germinaban pese a que eran expuestas a la luz. No obstante, en el laboratorio las hicimos germinar agregándole al medio de cultivo una hormona cuya síntesis depende de los fitocromos que no tenían. Y en otro experimento demostramos que los “fitocromos” que perciben la luz roja del espectro son fundamentales porque son los que se encargan de informarle a la planta, entre otras cosas, si es el momento indicado para germinar, florecer o acelerar el crecimiento, de acuerdo con las condiciones del ambiente.
-Podría explicar qué mecanismo clave de la herencia vegetal describieron en otro trabajo también publicado en “PLOS Genetics” en 2015?
Cuando los organismos, vegetales o animales, crecen, sus células se multiplican. Para que ello ocurra, primero debe duplicarse el material genético, el ADN, para que las células hijas reciban una copia completa de todos los genes allí codificados. La enzima polimerasa delta es una molécula que, junto a otras, se encarga de duplicar el ADN para las células que se van originando. Tras realizar una serie de experimentos, para nuestra sorpresa descubrimos que una falla en esta enzima puede a su vez generar marcas en otras piezas llamadas histonas, las cuales son necesarias para empaquetar de un modo apropiado el ADN en el núcleo de las células hijas, pero que a su vez influyen de manera decisiva en la expresión de los genes.
-¿Qué le sucede a la planta si ocurren fallas en esa enzima?
Antes de responder eso hay que tener en cuenta que las marcas en las histonas son muy importantes para que las células hijas ‘recuerden’ cuales genes estaban activos y cuales inactivos en la célula progenitora, un mecanismo muy importante para que cada célula mantenga su identidad y la planta crezca adecuadamente. Nosotros vimos que las fallas en la polimerasa delta dejan huellas erróneas en las histonas vinculadas al gen SEP3, asociado con la floración. Estos defectos hacen que el gen SEP3 se “prenda” antes de lo esperado y en tejidos de la planta donde no suele hacerlo. Como consecuencia florece más temprano y por lo tanto no responde bien a los cambios estacionales. Este avance también podría ser importante para desarrollar nuevas estrategias que apunten a incrementar la productividad de los cultivos, un objetivo necesario para el sustento de una población mundial en aumento.
