Decodificado el lenguaje secreto de la fotosíntesis

Investigadores de la Universidad de California en Riverside han descifrado las señales que las plantas se envían a sí mismas para iniciar la fotosíntesis, o convertir la luz solar en azúcares.

Desde hace medio siglo, los botánicos saben que el centro de mando de una célula vegetal, el núcleo, envía instrucciones a otras partes de la célula, obligándolas a avanzar en la fotosíntesis. Estas instrucciones llegan en forma de proteínas y, sin ellas, las plantas no reverdecen ni crecen.

"Nuestro reto era que el núcleo codifica cientos de proteínas que contienen bloques de construcción para los orgánulos más pequeños. Determinar cuáles son la señal para que desencadenen la fotosíntesis fue como encontrar agujas en un pajar", explica en un comunicado Meng Chen, profesor de Botánica de Riverside.

El proceso utilizado por los científicos del laboratorio de Chen para encontrar cuatro de estas proteínas se documenta ahora en un artículo publicado en Nature Communications.

Anteriormente, el equipo de Chen había demostrado que ciertas proteínas de los núcleos de las plantas se activan con la luz, poniendo en marcha la fotosíntesis. Estas cuatro proteínas recién identificadas forman parte de esa reacción, enviando una señal que transforma los pequeños órganos en cloroplastos, que generan azúcares que alimentan el crecimiento.

Chen compara todo el proceso de fotosíntesis con una sinfonía."Los conductores de la sinfonía son unas proteínas del núcleo llamadas fotorreceptores que responden a la luz. En este trabajo demostramos que tanto los fotorreceptores sensibles a la luz roja como a la azul inician la sinfonía. Activan genes que codifican los componentes básicos de la fotosíntesis".

En este caso, la situación es única: la sinfonía se interpreta en dos "salas" de la célula, tanto por músicos locales (núcleo) como remotos. Por ello, los directores de orquesta (fotorreceptores), que sólo están presentes en el núcleo, deben enviar a los músicos remotos algunos mensajes a distancia. Este último paso está controlado por las cuatro proteínas recién descubiertas que viajan del núcleo a los cloroplastos.

Este trabajo fue financiado por los National Institutes of Health de EEUU, con la esperanza de que ayude a encontrar una cura para el cáncer. Esta esperanza se basa en las similitudes entre los cloroplastos de las células vegetales y las mitocondrias de las células humanas. Ambos orgánulos generan combustible para el crecimiento y ambos albergan material genético.

Actualmente, muchas investigaciones describen la comunicación de los orgánulos con el núcleo. Si algo va mal en los orgánulos, éstos enviarán señales a la "sede" del núcleo. Se sabe mucho menos sobre las señales reguladoras de la actividad enviadas desde el núcleo a los orgánulos.

"Es posible que el núcleo controle la expresión de los genes mitocondriales y cloroplásticos de forma similar", afirma Chen. "Por tanto, los principios que aprendamos de la vía de comunicación entre el núcleo y el cloroplasto podrían ayudarnos a comprender mejor cómo regula el núcleo los genes mitocondriales y su disfunción en el cáncer", explica Chen.

La importancia de comprender cómo se controla la fotosíntesis tiene aplicaciones que van más allá de la investigación de enfermedades. Los asentamientos humanos en otro planeta probablemente requerirían cultivos de interior y la creación de un esquema de luz para aumentar los rendimientos en ese entorno. De forma aún más inmediata, el cambio climático está planteando retos a los cultivadores de este planeta.

"La razón por la que podemos sobrevivir en este planeta es porque organismos como las plantas pueden hacer la fotosíntesis. Sin ellas no hay animales, incluidos los humanos", dijo Chen. "Comprender plenamente el crecimiento de las plantas y poder manipularlo es vital para la seguridad alimentaria".