Proyecto H2020 PLISUS: Señalización de lípidos vegetales bajo estrés por sequía y sal

Cómo los lípidos antiestrés ayudan a que las plantas sean más resistentes Describir cómo un grupo de proteínas ayuda a advertir a las plantas de factores estresantes como la sequía y la salinidad, podría ayudar a sembrar las semillas de una agricultura más sostenible y la seguridad alimentaria para una población mundial en rápido crecimiento. Las duras condiciones ambientales limitan el lugar donde se pueden cultivar los cultivos y pueden provocar pérdidas de rendimiento. A medida que los factores estresantes, como la sequía y la sal, desencadenan cambios en la fisiología y la bioquímica de las plantas, comprender cómo las plantas los detectan y se adaptan se ha convertido en una pregunta de investigación apremiante. 

Se sabe que una serie de compuestos orgánicos, conocidos colectivamente como lípidos, que forman parte de la membrana de una célula vegetal, son clave. «Dos lípidos, el diacilglicerol y el ácido fosfatídico, conocidos como 'segundos mensajeros' esenciales, desencadenan cambios fisiológicos a nivel celular de una planta», explica Miguel Botella, coordinador del proyecto PLISUS, financiado con fondos europeos. "Dado este importante papel, deben estar estrictamente regulados, por lo que queríamos explorar algunos de los mecanismos clave que lo hacen posible". El objetivo del proyecto era explorar el papel de los sitios de contacto entre las unidades de trabajo de una célula (orgánulos), especialmente los situados en la llamada membrana plasmática del retículo endoplásmico, conocida por ser esencial para la comunicación y la regulación de los procesos celulares. 

Esta investigación se llevó a cabo con el apoyo del programa de acciones Marie Sk?odowska-Curie. Exploración del retículo endoplásmico-membrana plasmática En las plantas, las membranas celulares forman numerosos sitios de contacto entre la mayoría de los orgánulos de la célula, incluida la membrana plasmática que rodea a las células, proporcionando protección contra el entorno externo. Las células vegetales han desarrollado varios procesos de señalización para advertir de los factores de estrés y desencadenar procesos de protección. La señalización lipídica mueve los lípidos de la membrana plasmática a la membrana del retículo endoplásmico. Una familia de proteínas llamadas sinaptotagminas (SYT) son esenciales para este proceso, ya que "unen" las membranas. Estudios anteriores habían demostrado que los SYT contienen una región llamada dominio SMP que se ha demostrado que se une a una clase de lípidos llamados fosfolípidos, lo que sugiere el mecanismo por el cual las proteínas SYT realmente regulan la señalización de lípidos. "Las proteínas SYT podrían estar moviendo estos fosfolípidos desde la membrana plasmática hasta el retículo endoplásmico, donde se modifican antes de ser enviados de vuelta a la membrana plasmática para contrarrestar el estrés", añade Botella. 

Para investigar esto, el equipo utilizó microscopía confocal para estudiar una planta modelo, el berro thale (Arabidopsis thaliana), utilizando plantas silvestres como grupo de control, junto con mutantes SYT que tenían insertada una proteína SYT que no funcionaba. Con el objetivo de analizar cómo la endocitosis, el proceso que utilizan las células para regular las sustancias que entran y salen de las células, se ve afectada por el estrés, se estudiaron las plantas en condiciones de control y después de tratamientos de frío. Descubrieron que en los mutantes la endocitosis se vio afectada, ya que el estrés por frío alteró el contenido de lípidos de diacilglicerol en la membrana plasmática. Para obtener más información sobre este proceso, el proyecto utilizó el análisis transcriptómico para buscar otros genes que pudieran estar controlando el proceso de endocitosis. Si bien el proyecto encontró proteínas de interés, se requiere más investigación antes de poder sacar conclusiones. "Trabajos anteriores han descrito cómo los SYT mantienen estable el lípido de diacilglicerol en la membrana plasmática, cuando están bajo estrés. 

PLISUS vincula esta homeostasis con el proceso endocítico", dice Botella. "Nos sorprendió que los complejos SYT mutados no puedan realizar endocitosis en absoluto, lo que sugiere que el contenido de diacilglicerol en la membrana plasmática es un regulador esencial de este proceso". Cultivos más resilientes Los conocimientos de PLISUS contribuyen a los esfuerzos para mejorar la resistencia de los cultivos a través de programas de mejoramiento selectivo o manipulación genética. «Dado que la escasez de agua y la alta salinidad restringen los lugares donde se pueden cultivar cultivos y plantas hortícolas, nuestros hallazgos podrían tener aplicaciones prácticas muy específicas», explica José Aznar-Moreno, investigador del proyecto.

Dado que el mecanismo molecular subyacente exacto y las consecuencias fisiológicas del enlace entre el complejo SYT y la vía endocítica siguen siendo desconocidos, este es ahora el enfoque de los investigadores.