El estudio muestra cómo las plantas se adaptan a las bajas temperaturas ambientales y a las heladas

Dado que las plantas son organismos sésiles, deben ser muy flexibles y capaces de adaptarse a una amplia gama de condiciones ambientales para sobrevivir. Investigadores del Departamento de Fisiología Vegetal de la RPTU de Kaiserslautern estudian los mecanismos de adaptación de las plantas, especialmente a factores de estrés abiótico como la intensidad de la luz o la temperatura.

Ahora han alcanzado un nuevo hito. Doctor. La estudiante Annalisa John utilizó el modelo de planta de berro (Arabidopsis thaliana) en su investigación para decodificar qué mecanismos celulares utilizan las plantas para adaptarse. temperaturas frías y escarcha. El resultados Se han publicado estudios Célula vegetal.

En general, las plantas cambian sus procesos metabólicos como reacción a la aparición de temperaturas frías. Afecta principalmente a las estructuras de la biomembrana que rodean las células y a los orgánulos celulares en su interior, actuando como una fina capa límite.

"Cuando se expone al frío, la composición de las bicapas lipídicas que forman las membranas celulares debe cambiarse de forma rápida y eficiente", explica John, Ph.D. año Fisiología de las plantas y primer autor del estudio. Estas adaptaciones son necesarias para mantener las membranas fluidas o móviles incluso a bajas temperaturas ambiente, lo cual es un requisito previo importante para su desempeño.

Para adaptar y reconstruir la composición de las membranas celulares, las plantas comienzan a producir nuevos lípidos. La síntesis se produce en dos compartimentos celulares, los cloroplastos y el retículo endoplásmico (RE). Para hacer esto, ácidos grasosLos ácidos grasos, que representan los componentes básicos de la síntesis de lípidos, deben sintetizarse primero en los cloroplastos verdes para que luego los ácidos grasos puedan transportarse al exterior. cloroplasto para su posterior entrada al RE mediante la proteína de transporte de exportación de ácidos grasos 1 (FAX1).

"Antes de estos estudios, nuestro grupo de investigación observó que cuando las plantas de Arabidopsis se exponían a temperaturas frías, la abundancia de FAX1, entre otras proteínas, se reducía significativamente", dice John. "Sin embargo, no sabíamos si esta disminución estaba relacionada con la aclimatación al frío y las heladas y cómo se controlaba la disminución objetivo en la abundancia de la proteína FAX1".

El cloroplasto es el responsable.

John descubrió que las plantas mutantes que sobreexpresan continuamente la proteína FAX1 (llamadas sobreexpresadoras de FAX1) y están expuestas a temperaturas frías exhiben los siguientes comportamientos: crecen de manera ineficiente y tienden a senescencia prematuramente, muestran defectos en la fotosíntesis y producen grandes cantidades de Sustancias tóxicas: especies reactivas de oxígeno como el superóxido de hidrógeno.

Además, la síntesis equilibrada de lípidos en los cloroplastos y el RE se vio alterada por la exportación sostenida de ácidos grasos mediada por FAX1, que fue significativamente diferente de la situación en las plantas de tipo salvaje. Mientras que los tipos salvajes activan la síntesis de lípidos en los cloroplastos, especialmente durante el frío, los expresores de FAX1 sintetizan significativamente más lípidos en el RE.

"También identificamos una proteasa conocida como proteasa 11 de tipo romboidal (proteasa RBL11) que es responsable de escindir FAX1 sólo a temperaturas frías", explica John. "Al igual que FAX1, RBL11 se encuentra en la envoltura interna de los cloroplastos. Las plantas mutantes que carecen de la proteasa RBL11 mostraron los mismos síntomas que los sobreexpresadores de FAX1. Ahora sabemos que la degradación en frío de FAX1 es esencial para la adaptación a las bajas temperaturas ambientales. Y sabemos cómo se degrada ocurre."

"El objetivo de este programa de investigación coordinado es comprender las diferentes funciones de los cloroplastos en la adaptación de las plantas a las condiciones ambientales cambiantes. Los resultados de la tesis doctoral de la Sra. John hacen una contribución importante al programa de investigación. Por lo tanto, es posible. La tolerancia al frío de los cultivos sensibles se puede optimizar específicamente para que puedan soportar por sí solos las bajas temperaturas o incluso las heladas", afirma el profesor Dr. Ekkehard Neuhaus, responsable del Departamento de Fisiología Vegetal.