Una investigación constata la importancia de los canales iónicos de las membranas celulares en diversas funciones vegetales
Las plantas no tienen pensamientos, pero responden de diversas formas a la gravedad o al tacto. Los mecanismos celulares que subyacen a estas respuestas están siendo estudiados por Elizabeth Haswell, biólogo de la Universidad de Washington en San Louis, Estados Unidos. Sus descubrimientos han establecido, por ahora, que secuencias homólogas de los genes que codifican el comportamiento de las células bacterianas, así como determinados mecanismos de éstas, estarían en la base de la “sensibilidad vegetal”. Dichos genes y mecanismos explicarían, por ejemplo, la capacidad de las enredaderas para rodear enrejados o las reacciones de la Mimosa pudica. Por Yaiza Martínez.
Elizabeth Haswell, en una cámara con sus plantas de laboratorio, de la especie Arabidopsis. Fuente: Universidad de Washington.
Las plantas no tienen pensamientos, pero responden de diversas formas cuando son tocadas o pisadas. Esto es lo que afirma la biólogo Elizabeth Haswell, de la Universidad de Washington en San Louis, Estados Unidos, en un artículo publicado por dicha Universidad sobre sus investigaciones.
Haswell está especializada en el estudio de los mecanismos celulares que subyacen a la “sensibilidad vegetal”, una capacidad de las plantas que explicaría algunos de los “comportamientos” de éstas, como el plegamiento o el trenzado de las hojas alrededor de los enrejados, en el caso de las enredaderas.
Antecedentes bacterianos
En los años 80 del siglo XX, investigaciones sobre las células bacterianas demostraron que éstas tienen canales mecanosensitivos, poros diminutos que se abren cuando las células se hinchan con agua y sus membranas se estiran. Esto permite que iones y moléculas se precipiten fuera de las células. El agua sigue a los iones, la célula se contrae, la membrana se relaja, y los poros se cierran.
Los científicos consiguieron establecer los genes que codifican algunos de estos canales en el caso de la bacteria Escherichia coli, desarrollando previamente unas células bacterianas gigantes, los esferoplastos, producidas en cultivos de E. coli mediante la adición de antibióticos.
El principal problema para el estudio de los canales de iones ha sido siempre el pequeño tamaño de éstos, que ha supuesto un desafío técnico enorme. Por eso, los científicos han utilizado para sus trabajos células excepcionalmente grandes, como las células bacterianas gigantes de E. coli mencionadas o como las células nerviosas gigantes del calamar europeo.
A partir de estos análisis, realizados con una técnica electrofisiológica conocida como “patch clamp” o “control en parche” que permite medir las corrientes iónicas que se producen a través de dichos canales, los investigadores han establecido que hay una gran variedad de tipos de canales iónicos implicados en la transmisión de impulsos nerviosos, y también en múltiples procesos biológicos que ocasionan cambios rápidos en las células.
En concreto, se ha descubierto que existen tres tipos diferentes: canales mecanosensitivos de amplia conductancia (MscL), de conductancia reducida (MscS) y de mini conductancia (MscM). Éstos se distinguen entre sí por la cantidad de tensión que se debe introducir en ellos para hacer que se abran y por suconductancia.
Haswell está especializada en el estudio de los mecanismos celulares que subyacen a la “sensibilidad vegetal”, una capacidad de las plantas que explicaría algunos de los “comportamientos” de éstas, como el plegamiento o el trenzado de las hojas alrededor de los enrejados, en el caso de las enredaderas.
Antecedentes bacterianos
En los años 80 del siglo XX, investigaciones sobre las células bacterianas demostraron que éstas tienen canales mecanosensitivos, poros diminutos que se abren cuando las células se hinchan con agua y sus membranas se estiran. Esto permite que iones y moléculas se precipiten fuera de las células. El agua sigue a los iones, la célula se contrae, la membrana se relaja, y los poros se cierran.
Los científicos consiguieron establecer los genes que codifican algunos de estos canales en el caso de la bacteria Escherichia coli, desarrollando previamente unas células bacterianas gigantes, los esferoplastos, producidas en cultivos de E. coli mediante la adición de antibióticos.
El principal problema para el estudio de los canales de iones ha sido siempre el pequeño tamaño de éstos, que ha supuesto un desafío técnico enorme. Por eso, los científicos han utilizado para sus trabajos células excepcionalmente grandes, como las células bacterianas gigantes de E. coli mencionadas o como las células nerviosas gigantes del calamar europeo.
A partir de estos análisis, realizados con una técnica electrofisiológica conocida como “patch clamp” o “control en parche” que permite medir las corrientes iónicas que se producen a través de dichos canales, los investigadores han establecido que hay una gran variedad de tipos de canales iónicos implicados en la transmisión de impulsos nerviosos, y también en múltiples procesos biológicos que ocasionan cambios rápidos en las células.
En concreto, se ha descubierto que existen tres tipos diferentes: canales mecanosensitivos de amplia conductancia (MscL), de conductancia reducida (MscS) y de mini conductancia (MscM). Éstos se distinguen entre sí por la cantidad de tensión que se debe introducir en ellos para hacer que se abran y por suconductancia.
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Plantas Arabidopsis mutantes, cultivadas en el laboratorio de Elizabeth Haswell. Fuente: Universidad de Washington.
Homólogos vegetales
Según Haswell, a partir del año 2000, los científicos comenzaron a comparar los genes relacionados con los canales iónicos bacterianos con los genomas de otros organismos.
Descubrieron así que había secuencias homólogas de dichos genes no sólo en otras bacterias, sino también en algunos organismos multicelulares, incluidas las plantas.
Interesada en la relación de estas secuencias con la respuesta a la gravedad y al tacto de las plantas, la investigadora y su equipo estudian actualmente los homólogos de estos procesos y canales, en el caso de una pequeña planta conocida como Arabidopsis thaliana.
El estudio de la investigadora se basa en su sospecha de que podrá probarse que los canales mecanosensitivos tienen una amplia variedad de funciones no sólo en las células bacterianas, sino también en las células vegetales.
A partir de versiones mutantes de la Arabidopsis, destinadas al análisis del mecanismo molecular subyacente a la decoloración y el crecimiento reducido de esta especie vegetal, los investigadores han descubierto de momento que “en la Arabidopsis existen10 homólogos de MscS y ninguno de MscL”, explica Haswell.
Además, otros homólogos de estos tipos de canales iónicos mecanosensitivos han sido hallados no sólo en las membranas de las células vegetales, sino también en cloroplastos (orgánulos celulares que se ocupan de la fotosíntesis) y en las membranas de las mitocondrias (que son orgánulos celulares encargados de suministrar la mayor parte de la energía necesaria para la actividad celular).
El papel de los canales mecanosensitivos
Por otro lado, las muestras de Arabidopsis con mutaciones en cada uno de los genes de codificación de los canales mecanosensitivos permitieron constatar que dos de los 10 canales estudiados –del tipo homólogo a los MscS- controlan el tamaño de los cloroplastos, así como la división apropiada y la forma de las hojas.
A partir de todos estos resultados, la investigadora y sus colaboradores señalan que los canales mecanosensitivos de las células vegetales se encargan no sólo de descargar iones, sino también de hacer señales a toda la célula, y que deben estar integrados en procesos de señalización comunes, como la respuesta al estrés osmótico.
Haswell afirma que las funciones de estos canales podrían explicar incluso ciertos movimientos rápidos de las hojas, como los que se producen en la especie Mimosa pudica cuando es tocada. Los descubrimientos de Haswell han aparecido detallados en la revista Structure.
Según Haswell, a partir del año 2000, los científicos comenzaron a comparar los genes relacionados con los canales iónicos bacterianos con los genomas de otros organismos.
Descubrieron así que había secuencias homólogas de dichos genes no sólo en otras bacterias, sino también en algunos organismos multicelulares, incluidas las plantas.
Interesada en la relación de estas secuencias con la respuesta a la gravedad y al tacto de las plantas, la investigadora y su equipo estudian actualmente los homólogos de estos procesos y canales, en el caso de una pequeña planta conocida como Arabidopsis thaliana.
El estudio de la investigadora se basa en su sospecha de que podrá probarse que los canales mecanosensitivos tienen una amplia variedad de funciones no sólo en las células bacterianas, sino también en las células vegetales.
A partir de versiones mutantes de la Arabidopsis, destinadas al análisis del mecanismo molecular subyacente a la decoloración y el crecimiento reducido de esta especie vegetal, los investigadores han descubierto de momento que “en la Arabidopsis existen10 homólogos de MscS y ninguno de MscL”, explica Haswell.
Además, otros homólogos de estos tipos de canales iónicos mecanosensitivos han sido hallados no sólo en las membranas de las células vegetales, sino también en cloroplastos (orgánulos celulares que se ocupan de la fotosíntesis) y en las membranas de las mitocondrias (que son orgánulos celulares encargados de suministrar la mayor parte de la energía necesaria para la actividad celular).
El papel de los canales mecanosensitivos
Por otro lado, las muestras de Arabidopsis con mutaciones en cada uno de los genes de codificación de los canales mecanosensitivos permitieron constatar que dos de los 10 canales estudiados –del tipo homólogo a los MscS- controlan el tamaño de los cloroplastos, así como la división apropiada y la forma de las hojas.
A partir de todos estos resultados, la investigadora y sus colaboradores señalan que los canales mecanosensitivos de las células vegetales se encargan no sólo de descargar iones, sino también de hacer señales a toda la célula, y que deben estar integrados en procesos de señalización comunes, como la respuesta al estrés osmótico.
Haswell afirma que las funciones de estos canales podrían explicar incluso ciertos movimientos rápidos de las hojas, como los que se producen en la especie Mimosa pudica cuando es tocada. Los descubrimientos de Haswell han aparecido detallados en la revista Structure.
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