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Científicos del IRB y del IBMB-CSIC, en Barcelona, y de la Universidad de Wageningen, en Holanda, resuelven cómo las hormonas auxinas activan los genes de desarrollo de las plantas.
Las auxinas son una pieza esencial en el crecimiento de las plantas y tienen muchas aplicaciones en agricultura. También se están estudiando para usos biomédicos.
El estudio se publica esta semana en la revista científica Cell.
Un trabajo conjunto entre los equipos de Miquel Coll en el Instituto de Investigación Biomédica (IRB) y el Instituto de Biología Molecular del CSIC, en Barcelona, y Dolf Weijers de la Universidad de Wageningen, en Holanda, desvela en la revista Cell el misterio de cómo unas hormonas de plantas, las auxinas, mediante diversos factores de transcripción de genes, acaban activando multitud de funciones vitales de las plantas.
Las auxinas son hormonas de las plantas que controlan su crecimiento y desarrollo, es decir, determinan cómo será su tamaño y arquitectura. Entre otras funciones favorecen el crecimiento celular, la iniciación de la raíz, la floración y la caída de la flor o el crecimiento, desarrollo y ralentización de la caída del fruto. Las auxinas tienen aplicaciones prácticas, se emplean en agricultura para producir frutos sin semillas, evitar la caída del fruto, promover el enraizamiento o como herbicidas.
Otras aplicaciones en estudio son biomédicas, como moléculas antitumorales y para facilitar la reprogramación de células somáticas (las que forman los tejidos) en células madre.
El efecto de la auxina en las plantas ya fue observado por Darwin en 1881 y, desde entonces, ha sido objeto de numerosos estudios. Sin embargo, a pesar de que se conocía cómo y dónde se sintetiza en la planta, cómo se transporta y sobre qué receptores actúa, no se entendía cómo una hormona era capaz de desencadenar procesos tan diversos.
A nivel molecular, el efecto de la hormona es desbloquear un factor de transcripción, una proteína de unión a ADN que, a su vez, activa o reprime un grupo determinado de genes. En algunas plantas se han encontrado hasta 23 factores de transcripción diferentes que dependen para actuar de la presencia de auxina. Son los denominados ARF (Auxin Response Factors) que controlan la expresión de diversos genes de la planta en función de la tarea a ejercer, esto es, crecimiento celular, floración, iniciación de la raíz, crecimiento de hojas, etcétera.
Usando el Sincrotrón Alba, situado en Cerdanyola del Vallès (Barcelona), y el Sincrotón Europeo de Grenoble, el equipo de biólogos estructurales del doctor Miquel Coll ha podido analizar en detalle el modo de unión al ADN de distintos ARF.
Los científicos prepararon cristales de complejos de ADN y ARF obtenidos por el equipo del Dr. Weijers, que luego bombardearon con rayos X de altísima intensidad en el sincrotrón, resolviendo su estructura atómica.
La resolución de cinco estructuras 3D ha permitido entender por qué un factor de transcripción determinado es capaz de activar sólo un grupo de genes determinado, mientras que otros ARF, muy parecidos pero ligeramente diferentes, pueden activar otro grupo distinto de genes.
“Cada ARF reconoce y se adapta a una secuencia particular de ADN por medio de dos brazos o motivos de unión al ADN que tienen forma de barril y esta adaptación es diferente para cada ARF”, explica Roeland Boer, investigador postdoctoral en el grupo de Miquel Coll en el IRB, y primer autor del artículo.
La forma de unión de los ARF al ADN no se ha descrito nunca en bacterias ni animales. “Parece ser exclusiva del mundo vegetal pero no podemos descartar que se encuentre en otro reino. Nuestro hallazgo es de relevancia global porque hemos entendido la acción última sobre el ADN, es decir sobre los genes, de la hormona que controla el desarrollo de las plantas, además de aportar nuevo conocimiento a la biología molecular básica”, explica Miquel Coll.
Artículo de referencia:
Structural basis for DNA binding specificity by the auxin-dependent ARF transcription factors
D. Roeland Boer, Alejandra Freire-Rios, Willy van den Berg, Terrens Saaki, Iain W. Manfield, Stefan Kepinski, Irene López-Vidrieo, Jose Manuel Franco, Sacco C. de Vries, Roberto Solano, Dolf Weijers, and Miquel Coll
Cell (2014) 156, 577-589 http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2013.12.027
IRB Barcelona
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