Projecte H2020 PLISUS: Senyalització de lípids vegetals sota estrès per sequera i sal

Com els lípids antiestrès ajuden a fer que les plantes siguin més resistents Descriure com un grup de proteïnes ajuda a advertir les plantes de factors estressants com la sequera i la salinitat, podria ajudar a sembrar les llavors d'una agricultura més sostenible i la seguretat alimentària per a una població mundial en ràpid creixement. Les dures condicions ambientals limiten el lloc on es poden cultivar els cultius i poden provocar pèrdues de rendiment. A mesura que els factors estressants, com la sequera i la sal, desencadenen canvis en la fisiologia i la bioquímica de les plantes, comprendre com les plantes els detecten i s'adapten s'ha convertit en una pregunta de recerca urgent.

Se sap que una sèrie de compostos orgànics, coneguts col·lectivament com a lípids, que formen part de la membrana d'una cèl·lula vegetal, són clau. «Dos lípids, el diacilglicerol i l'àcid fosfatídic, coneguts com a 'segons missatgers' essencials, desencadenen canvis fisiològics a nivell cel·lular d'una planta», explica Miguel Botella, coordinador del projecte PLISUS, finançat amb fons europeus. "Donat aquest important paper, han d'estar estrictament regulats, i per això volíem explorar alguns dels mecanismes clau que ho fan possible". L'objectiu del projecte era explorar el paper dels llocs de contacte entre les unitats de treball d'una cèl·lula (orgànuls), especialment els situats a l'anomenada membrana plasmàtica del reticle endoplàsmic, coneguda per ser essencial per a la comunicació i la regulació dels processos cel·lulars.

Aquesta investigació es va dur a terme amb el suport del programa d'accions Marie Skōodowska-Curie. Exploració del reticle endoplàsmic-membrana plasmàtica A les plantes, les membranes cel·lulars formen nombrosos llocs de contacte entre la majoria dels orgànuls de la cèl·lula, inclosa la membrana plasmàtica que envolta les cèl·lules, proporcionant protecció contra l'entorn extern. Les cèl·lules vegetals han desenvolupat diversos processos de senyalització per advertir els factors d'estrès i desencadenar processos de protecció. La senyalització lipídica mou els lípids de la membrana plasmàtica a la membrana del reticle endoplàsmic. Una família de proteïnes anomenades sinaptotagmines (SYT) són essencials per a aquest procés, ja que "uneixen" les membranes. Estudis anteriors havien demostrat que els SYT contenen una regió anomenada domini SMP que s'ha demostrat que s'uneix a una classe de lípids anomenats fosfolípids, cosa que suggereix el mecanisme pel qual les proteïnes SYT realment regulen la senyalització de lípids. "Les proteïnes SYT podrien estar movent aquests fosfolípids des de la membrana plasmàtica fins al reticle endoplàsmic, on es modifiquen abans de ser enviats de tornada a la membrana plasmàtica per contrarestar l'estrès", afegeix Botella.

Per investigar això, l'equip va utilitzar microscòpia confocal per estudiar una planta model, el créixens thale (Arabidopsis thaliana), utilitzant plantes silvestres com a grup de control, juntament amb mutants SYT que tenien inserida una proteïna SYT que no funcionava. Amb l'objectiu d'analitzar com l'endocitosi, el procés que utilitzen les cèl·lules per regular les substàncies que entren i surten de les cèl·lules, es veu afectada per l'estrès, les plantes es van estudiar en condicions de control i després de tractaments de fred. Van descobrir que als mutants l'endocitosi es va veure afectada, ja que l'estrès per fred va alterar el contingut de lípids de diacilglicerol a la membrana plasmàtica. Per obtenir més informació sobre aquest procés, el projecte va utilitzar l'anàlisi transcriptòmica per cercar altres gens que poguessin controlar el procés d'endocitosi. Si bé el projecte va trobar proteïnes d'interès, cal més investigació abans de poder treure conclusions. "Treballs anteriors han descrit com els SYT mantenen estable el lípid de diacilglicerol a la membrana plasmàtica, quan estan sota estrès.

PLISUS vincula aquesta homeòstasi amb el procés endocític", diu Botella. "Ens va sorprendre que els complexos SYT mutats no puguin realitzar endocitosi en absolut, cosa que suggereix que el contingut de diacilglicerol a la membrana plasmàtica és un regulador essencial d'aquest procés". Cultius més ressilients Els coneixements de PLIS programes de millorament selectiu o manipulació genètica. «Com que l'escassetat d'aigua i l'alta salinitat restringeixen els llocs on es poden cultivar cultius i plantes hortícoles, les nostres troballes podrien tenir aplicacions pràctiques molt específiques», explica José Aznar-Moreno, investigador del projecte.

Atès que el mecanisme molecular subjacent exacte i les conseqüències fisiològiques de l'enllaç entre el complex SYT i la via endocítica continuen sent desconeguts, ara és l'enfocament dels investigadors.