Los cerebros de las moléculas elaboran el proceso de crecimiento.
Un equipo de investigadores dirigido por Universidad de California Riverside ha demostrado por primera vez una forma en que una molécula pequeña convierte una sola célula en algo tan grande como un árbol.
Durante medio siglo, los científicos han sabido que todas las plantas dependen de esta molécula, la auxina, para crecer. Hasta ahora, no entendían exactamente cómo la auxina pone en movimiento el crecimiento.
La palabra auxina se deriva de la palabra griega “auxein”, que significa “crecer”.
Hay dos vías principales que utiliza la auxina para orquestar el crecimiento de las plantas, y una de ellas se describe ahora en un nuevo artículo de la revista Nature .
Las células vegetales están encerradas en paredes celulares en forma de concha, cuya capa primaria tiene tres componentes principales: celulosa, hemicelulosa y pectina.
“La celulosa funciona como una barra de refuerzo en un rascacielos, proporcionando una amplia base de resistencia. Está reforzado por cadenas de hemicelulosa y sellado por pectina ”, dijo el profesor de botánica de la UCR y líder del equipo de investigación, Zhenbiao Yang.
Estos componentes definen la forma de las células vegetales, lo que da como resultado formaciones a veces sorprendentes, como las células de la epidermis de la hoja en forma de pieza de rompecabezas que Yang ha estado estudiando durante las últimas dos décadas.
Estas formas ayudan a unir las células con fuerza y proporcionan fuerza física a las plantas contra elementos como el viento.
Con todo encerrado tan firmemente por las paredes celulares, ¿cómo es posible el movimiento y el crecimiento?
Una teoría postula que cuando las plantas están listas para crecer, la auxina hace que sus células se vuelvan ácidas, aflojando los enlaces entre los componentes y permitiendo que las paredes se ablanden y expandan.
Esta teoría se propuso hace medio siglo, pero hasta ahora sigue siendo un misterio cómo la auxina activa la acidificación.
El equipo de Yang descubrió que la auxina crea esa acidez al activar el bombeo de protones hacia las paredes celulares, lo que reduce sus niveles de pH.
El pH más bajo activa una proteína, expansina, apropiadamente nombrada porque rompe los enlaces entre la celulosa y la hemicelulosa, permitiendo que las células se expandan.
El bombeo de protones hacia la pared celular también impulsa la absorción de agua hacia la célula, lo que genera presión interna.
Si la pared de la celda está lo suficientemente suelta y hay suficiente presión dentro de la celda, se expandirá.
“Al igual que un globo, la expansión depende del grosor de los exteriores, en comparación con la cantidad de aire que está soplando”, explicó Yang. “Bajar el pH en una pared celular puede permitir que el agua fuera de la celda entre, alimentando la presión y la expansión de la turgencia”.
Hay dos mecanismos conocidos por los cuales la auxina regula el crecimiento.
Uno es la reducción del pH que describió el equipo de Yang.
Otro es la capacidad de la auxina para activar la expresión génica en el núcleo de las células de las plantas, lo que a su vez aumenta la cantidad de expansión y otros factores reguladores del crecimiento en la célula.
Este último mecanismo también reduce el pH de la célula y facilita el crecimiento.
El profesor de biología celular de UC San Diego, Mark Estelle, es una autoridad líder en este campo. Descubrió e investiga este otro mecanismo.
“Dr. El trabajo reciente de Yang representa un avance significativo en nuestra comprensión de cómo la auxina regula la expansión celular. Se sabe que la acidificación del espacio extracelular promueve la expansión celular, pero no se sabía cómo sucede esto”, dijo Estelle. “Es emocionante ver cómo se resuelve un viejo problema”.
Es un eufemismo decir que la auxina simplemente “contribuye” al crecimiento de las plantas.
Es esencial para casi todos los aspectos del crecimiento y desarrollo de una planta, incluidos los aspectos que son importantes para la agricultura, como el desarrollo de frutos, semillas y raíces, ramificación de brotes y formación de hojas.
Incluso las respuestas correctas de la planta a la gravedad y la luz dependen de la auxina para asegurar que las raíces se dirijan hacia abajo mientras los brotes crecen hacia la luz.
Una comprensión más profunda de las auxinas no solo podría beneficiar a la agricultura y la producción de energía renovable, sino que algún día también podría influir en la medicina.
“Comprender cómo funciona la biología básica puede eventualmente tener un impacto en la salud humana”, dijo Yang. “A medida que nuestro conocimiento se expande, podemos aprender que los procesos en los seres humanos son análogos”.
Referencia: “TMK-based cell-surface auxin signalling activates cell-wall acidification” by Wenwei Lin, Xiang Zhou, Wenxin Tang, Koji Takahashi, Xue Pan, Jiawei Dai, Hong Ren, Xiaoyue Zhu, Songqin Pan, Haiyan Zheng, William M. Gray, Tongda Xu, Toshinori Kinoshita and Zhenbiao Yang, 27 October 2021, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-021-03976-4