Girasoles

 

Helianthus annuus, también llamado comúnmente girasol, mirasol, maravilla, maíz de teja, acahual (del náhuatl atl, 'agua', y cahualli, 'dejado', abandonado') es una planta herbácea anual de la familia de las asteráceas originaria de Centro y Norteamérica y cultivada como alimenticia, oleaginosa y ornamental en todo el mundo.  En un campo sembrado de girasoles, es un espectáculo contemplar cómo un centenar de girasoles siguen a la vez los movimientos del Sol mientras cruza el cielo... ¿Quieren ustedes averiguar por qué los girasoles siguen siempre al Sol, osea, se voltean hacia el, como mirándolo?...¿Cuales pueden ser las diferentes vías para moverse hacia la luz solar?

Esa capacidad de los girasoles, es denominada heliotropismo, pero debido a que las plantas tienen sus raíces en un lugar, no pueden levantarse ni moverse cuando se les bloquea su luz o se encuentran brotando en un lugar sombreado; ellas dependen del crecimiento o el alargamiento para maniobrar hacia la luz y existen varios sistemas moleculares para facilitar tales respuestas, el más conocido de los cuales es el fototropismo que es esa capacidad de crecer hacia una fuente de luz.

Los científicos habían asumido que el heliotropismo de los girasoles se basaría en el mismo mecanismo básico, que está gobernado por una molécula llamada fototropina la cual responde a la luz en el extremo azul del espectro. Veamos como es este asunto: las fototropinas son proteínas fotorreceptoras (son flavoproteínas) las cuales en las plantas superiores, inducen a las plantas a responder a la luz ambiental influyendo en su crecimiento. Las fototropinas forman parte del sistema sensorial fototrópico de las plantas que provoca respuestas al medio ambiente.

Las fototropinas provocan específicamente que los tallos se doblen hacia la luz, y se abran los estomas que son aberturas reversibles que existen en el envés de las hojas para permitir el intercambio de gases entre los tejidos internos de la planta y el medio externo. Los estomas son importantes en los movimientos de los cloroplastos en el interior de la célula vegetal.

Las plantas pueden percibir y recibir la luz en un amplio espectro. Estas disponen de una variedad de receptores dedicados que pueden sentir casi todas las longitudes de onda. Los estomas median los primeros cambios en el alargamiento del tallo en luz azul (antes de que se activen los criptocromos) y la fototropina 1 es necesaria para la desestabilización de la transcripción de ARNm específicos mediada por luz azul.

Uno de ellos son los fotorreceptores de luz azul llamados criptocromos. Cuando el criptocromo detecta un fotón entrante, reacciona de una manera que desencadena una respuesta fisiológica única. Los criptocromos probablemente aparecieron hace miles de millones de años con las primeras bacterias vivas y son muy similares en bacterias, plantas y animales.  Tenemos criptocromos en nuestros propios ojos, donde están involucrados en el mantenimiento de nuestro reloj circadiano. En las plantas, los criptocromos vegetales gobiernan una variedad de procesos críticos relacionados con el crecimiento y el desarrollo, incluyendo la germinación de semillas, el tiempo de floración y el arrastre del reloj circadiano.

En un estudio, publicado recientemente en Nature Communications Biology, se determinó en la planta modelo Arabidopsis thaliana, que la estructura cristalina de parte del receptor de luz azul, criptocromo-2, en la parte de detección de luz de la molécula cambia su estructura cuando reacciona con partículas de luz, pasando de una sola unidad a una estructura hecha de cuatro unidades unidas entre sí, o tetrámero.

Los investigadores del laboratorio del profesor Nitzan Shabek’s de la Universidad de California, encontraron como la molécula cambia su estructura al reaccionar con partículas de luz, un proceso de reordenamiento, llamado oligomerización fotoinducida, muy curioso donde ciertos elementos dentro de la proteína sufren cambios cuando se exponen a la luz azul. “Nuestra estructura molecular sugiere que los cambios inducidos por la luz liberan reguladores transcripcionales que controlan la expresión de genes específicos en las plantas”, dijo Shabek.  “Estamos interesados en las percepciones hormonales, así como en las vías de señalización de luz”, explica Shabek. Su equipo resolvió por primera vez la estructura cristalina del receptor de luz azul hace dos años, utilizando cristalografía de rayos X y enfoques bioquímicos.

Con los recientes avances en ciencias vegetales y biología estructural, pudieron actualizar el modelo y revelar la pieza faltante del rompecabezas, ampliando la comprensión de los mecanismos moleculares de fotosensación de las plantas al revelar y analizar los distintos cambios estructurales entre los estados tetraméricos fotoactivos y los estados monoméricos inactivos de los criptocromos.

Por primera vez, los científicos logran observar cómo se desencadena el complejo proceso bioquímico que usan las plantas para convertir la luz en energía: un único fotón basta para poner en marcha la fotosíntesis. Biólogos de la Universidad de California en Davis (EUA) explicaron en la revista 'PLOS Biology' que los girasoles utilizan un mecanismo novedoso pero diferente y bastante más complejo al que se pensaba anteriormente.

Stacey Harmer, profesora de biología vegetal en UC Davis y autora principal del artículo, explicaría que los girasoles mueven sus cabezas creciendo un poco más en el lado este del tallo (empujando la cabeza hacia el oeste) durante el día y un poco más en el lado oeste durante la noche, por lo que la cabeza gira hacia el este. El laboratorio de Harmer en la Facultad de Ciencias Biológicas de la UC Davis demostró cómo los girasoles usan su reloj circadiano interno para anticipar el amanecer y coordinar la apertura de las flores con la aparición de insectos polinizadores por la mañana.

Los investigadores observaron cuales genes se activaban (se transcribían) en girasoles cultivados en interiores en cámaras de crecimiento y en girasoles que crecían a la luz del sol al aire libre. En el interior, los girasoles crecieron directamente hacia la luz, activando genes asociados con la fototropina. Pero las plantas cultivadas al aire libre, moviendo sus cabezas con el Sol, mostraron un patrón de expresión genética completamente diferente. No hubo diferencia aparente en la fototropina entre un lado del tallo y el otro.

Los investigadores aún no han identificado los genes implicados en el heliotropismo. “Parece que hemos descartado la vía de la fototropina, pero todavia no encontramos una prueba clara”, indica Harmer. Bloquear la luz azul, ultravioleta, roja o roja lejana con cajas de sombra no tuvo ningún efecto sobre la respuesta del heliotropismo. Lo que demuestra que es probable que existan múltiples vías, que respondan a diferentes longitudes de onda de luz, para lograr el mismo objetivo. Los girasoles “utilizan diferentes vías moleculares para iniciar y mantener movimientos de seguimiento, y los fotorreceptores más conocidos por causar la curvatura de las plantas parecen desempeñar un papel menor en este notable proceso”, subraya la investigadora. Los próximos trabajos consistiran en analizar la regulación de las proteínas en las plantas.

Los girasoles aprenden rápido. Cuando las plantas cultivadas en el laboratorio se trasladaron al exterior, comenzaron a seguir el sol desde el primer día. Ese comportamiento estuvo acompañado por un estallido de expresión genética en el lado sombreado de la planta que no se repitió en los días siguientes. Eso sugiere que se está produciendo algún tipo de 'recableado'.

Además de revelar vías previamente desconocidas para la detección de luz y el crecimiento de las plantas, el descubrimiento tiene una gran relevancia, según Harmer. “Las cosas que se definen en un ambiente controlado como una cámara de crecimiento pueden no funcionar en el mundo real”...

Maracaibo, viernes 10 de octubre del año 2023