La odisea del crecimiento de las plantas.

Por J. M. Mulet, el 17 julio, 2014. Categoría(s): General • Master en Biotecnología vegetal ✎ 48

Como todos sabemos, las plantas son organismos sésiles. Al no poder moverse, no tienen más alternativa que desarrollarse en el mismo lugar donde germinan las semillas. Esta característica explica el hecho de que las plantas no posean el principal mecanismo de defensa de la naturaleza: el escape. No es sencillo hacer frente a esta carencia, pero las plantas han desarrollado su propio sistema de defensa, que consiste en una comunicación estrecha con el entorno que las rodea. No pueden escapar, pero tienen información, y la información es poder. Así, por ejemplo, pueden detectar rápidamente la presencia de un peligro, y dirigir inmediatamente todos sus recursos hacia la defensa frente a esa amenaza. Sin embargo, al ser sus recursos limitados, otros frentes, como el del crecimiento, se ven afectados. Esta habilidad de las plantas para adaptarse se denomina plasticidad y es la principal línea de investigación del laboratorio en el que desarrollo mi proyecto de Máster  (http://www.ibmcp.upv.es/BlazquezAlabadiLab/Home.html/Home.html). Creo que ya he demostrado el interés que tiene la investigación que estamos desarrollando, pero para convenceros un poco más, profundizaré en la temática de mi proyecto.


Entonces, las plantas tienen una estrecha relación con el ambiente pero, ¿cuál es la red que conecta la recogida de información con el crecimiento de la planta? Al igual que los animales, las plantas también tienen hormonas, y son ellas las que se encargan de recorrer la planta llevando la información. Una de estas hormonas son las giberelinas (GAs), que participan en mil y un procesos, ya sea germinación de semillas, crecimiento en altura, control de la floración o la lucha contra patógenos. En mi proyecto de máster, he descubierto que unas proteínas implicadas en la transmisión del mensaje de las GAs, llamadas proteínas DELLA, interaccionan con otra proteína- llamémosla X- que parece intervenir en la regulación de la expansión de la raíz en el suelo, controlando la formación de raíces laterales.

Si descubrimos cuál es la importancia de la interacción entre esas dos proteínas, podríamos controlar en un futuro la aparición de raíces laterales mediante mejora o ingeniería genética. Ahora bien, ¿qué interés tiene la modificación del número de raíces laterales? Las raíces laterales son órganos que se originan a partir de la raíz primaria e incrementan la capacidad exploratoria de las plantas (ver imagen). Su función es la de captar el agua y nutrientes para la vida de la planta y el  aumentar la superficie total de raíces primarias y laterales, podría ser una forma de asegurar su supervivencia frente a determinados estreses ambientales. Todos hemos oído hablar del cambio climático y una de las consecuencias de su aparición es la alteración de la intensidad y frecuencia de las lluvias, que resulta en un aumento de los fenómenos de sequía, que dificultan la captación de agua por parte de las plantas. En definitiva, adaptarse o morir. Pero esta modificación permitiría ir más allá, y poder plantar cultivos en suelos con difícil acceso a los nutrientes. La principal ventaja de esto es que de esta manera disminuiríamos el empleo de fertilizantes y, con ello, la contaminación que causan en suelos y agua.

Raíz lateral
En esta foto, realizada empleando un microscopio, se ve cómo las raíces laterales se originan a partir de la raíz primaria.

 

Para aquellos interesados en la parte técnica, ¿por qué no explicar algunos experimentos que llevamos a cabo en nuestro laboratorio? Para demostrar la interacción entre las dos proteínas realizamos distintos análisis para asegurarnos de que nuestros resultados se ajustan a la realidad. Uno de ellos se denomina análisis de complementación bimolecular de fluorescencia (BiFC), y consiste en que únicamente observamos fluorescencia en el microscopio cuando las dos proteínas interaccionan. ¿Y esto a qué se debe? La respuesta es muy simple. Unimos la proteína X de la que hablábamos a un trocito de una proteína fluorescente y la proteína DELLA al otro trocito, de modo que si las dos proteínas interaccionan, esos dos trocitos entran en contacto, se reconstituye la proteína fluorescente, y emite fluorescencia (cada uno de los dos trocitos no emite fluorescencia por sí solo).

También he comentado que la proteína X parece estar implicada en la formación de raíces laterales. ¿Y esto como lo podemos demostrar? En la mayor parte de laboratorios, ya sea trabajando con ratones o con plantas (o con cualquier otro organismo), solemos usar dos tipos de estrategias. La primera consiste en eliminar del organismo de estudio la proteína funcional que queremos analizar y la segunda en hacer que ese organismo acumule niveles más altos de la proteína. En nuestro caso, ¿qué pensáis que hace la proteína si cuando la eliminamos vemos menos raíces laterales? Posiblemente lo que ocurra es que esa proteína estimule la formación de raíces laterales. Esta misma semana semana estamos realizando estos ensayos.

Sin embargo, nuestra investigación no se limita a explicar el papel de la interacción de la proteína X y las DELLA en la formación de raíces laterales. Esta proteína X está implicada, además, en la morfología de las hojas y posiblemente dicha interacción también se encuentre regulando este proceso. Este nuevo enfoque de nuestra investigación es de gran interés ya que muchas plantas ornamentales son cultivadas solamente por sus hojas y dicha investigación podría revelar nuevas dianas para la modificación de la morfología de las hojas.

Por último, y dirigido a los valientes que han sido capaces de llegar hasta el final, quiero reconocer que: si bien he recalcado que los resultados de nuestra investigación podrían tener aplicaciones agronómicas a largo plazo, no deberíamos olvidarnos de que cualquier conocimiento generado, con o sin aplicación directa, es enriquecedor, en nuestro caso concreto porque tratamos de entender los mecanismos que han desarrollado las plantas para saber responder a los estímulos ambientales.

Agradecimientos: A Raquel Cuella Martín (Imperial College London, UK) y Raquel Martín (Institute of life sciences research and technologies, Grenoble) por todas las sugerencias; a Amelia Felipo Benavent (Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas) por confiarme esta parte de su proyecto y por enseñarme las técnicas empleadas; a Miguel Blázquez y a David Alabadí (Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas) por guiarnos a Amelia y a mí en esta investigación.

Autor: Noel Blanco Touriñán (@NoelPonte, Twitter).

 



48 Comentarios

  1. muy interesante.
    Y una duda: la posible mejora de la capacidad de las raíces de las plantas sería aplicable sólo a nuevos individuos o podría lograrse una mejora sobre individuos ya añejos? O sea, ¿se podría por ejemplo mejorar las raíces de un bosque de una especie en peligro para que tengan ventaja sobre otra especie de árbol que le esté haciendo la competencia?
    PD: un comentario a Mulet. Sugiero que en esta serie de post la firma aparezca arriba, ya que al aparecer arriba tu foto, tu nombre etc… da lugar a confusión, ya que uno no ve que no eres tú hasta que llega abajo (lo que internet muchas veces no pasa)

    1. En principio se aplicaría a la mejora de individuos aún no cultivados, puesto que la opción más fácil sería hacer Ingeniería Genética. Sí es verdad que con un conocimiento mucho más profundo, podríamos desarrollar compuestos químicos que actuaran sobre individuos ya cultivados, pero a la dificultad de conseguir el compuesto hay que añadir que sea específico sobre una especie (la de interés) y no sobre las otras. En cualquier caso, la investigación la realizamos en Arabidopsis, una planta modelo, y la extrapolación a nuevas especies no siempre es posible y si lo es, conlleva nuevas investigaciones… ¿Te he contestado o me he enrollado mucho? Muchas gracias por preguntar y cualquier consulta o comentario a mi respuesta será bienvenida!

    1. Muchas gracias, comentarios como éstos animan a uno. Aprovechando la respuesta a tu comentario, te recomiendo que leas los post del resto de compañeros del máster (todos publicados en esta web), pero en especial el de María V. Barja (https://jmmulet.naukas.com/2014/07/16/ciencia-o-prostitucion/). Encontrarás frases tan ciertas como » La Naturaleza es increíble y la Ciencia es el camino para descubrirla, una novela que engancha y nunca acaba», pero también la parte menos bonita de la Ciencia (principalmente en nuestro país), de la que nos hemos olvidado el resto.

  2. Aquí un «valiente que ha llegado al final», con bastante gusto, por cierto.
    Aunque me pregunto una cosa: ¿la «proteína X» la conocíais previamente? O, de otra forma, ¿por qué empezasteis a estudiarla?
    Además, comentas que dándole nuevos enfoques, habéis visto que también había implicación en la morfología de las hojas. ¿Hay alguna parte más de las plantas en las que hayáis observado algo interesante? Pero bueno, esto quizá aún sea secreto :^P
    Mi enhorabuena, Noel.

    1. Muchas gracias, Alberto. Los estudios acerca de la proteína X (la he llamado así porque todavía no se ha publicado como interactor de DELLAs) son muy escasos y la empezamos a estudiar porque en un escrutinio de doble híbrido (similar al que comento del BiFC pero en levadura) se ha demostrado su interacción con las proteínas DELLA. Por otra parte, en principio estamos dirigiendo nuestro estudio a la morfología foliar y a la formación de raíces laterales, aunque pudiera ser que la relevancia fisiológica de la interacción fuese en estos procesos o en otros (que aún no hemos empezado a estudiar). Digamos que aún estamos al inicio de la investigación… Muchas gracias por preguntar y si algo no te queda claro o tienes más curiosidades, adelante!

  3. Me ha gustado mucho el artículo. Creo que en él defines muy bien lo que estás llevando a cabo y resulta fácil de entender (incluso para los incultos en plantas). Además considero que es una investigación muy atractiva y te ánimo a seguir con ella.
    Por otro lado, tengo un par de dudas / sugerencias:
    1. ¿Habéis visto que ocurre cuando sobreexpresáis la proteína?
    2. ¿Creéis que esta proteína o la interacción de esta proteína con las DELLA es el principal mecanismo que regula la formación de raíces laterales o hay otros con más importancia?

    1. Muchas gracias, Mari Cruz. Me gustan mucho las sugerencias que propones. (1) Respecto a la primera, decir que ahora mismo tenemos líneas generadas que sobreexpresan la proteína X y andamos haciendo el Western blot -WB- para conocer los niveles de sobreexpresión de la misma (por como escribes estoy seguro que sabes lo que es un WB pero si no es así, estaré encantado de explicártelo). En el momento en el que tengamos los resultados del WB, seleccionaremos la línea que acumula los mayores niveles de la proteína y analizaremos su fenotipo, esto es, si las hojas de plantas adulta tienen una morfología característica, si presentan un mayor o menor número de raíces laterales, etc. (2) En relación a la segunda pregunta, desde mi punto de vista todos los mecanismos contribuyen por igual a la formación de raíces laterales, ya sea porque son los principales mecanismos o porque «afinan» estos mecanismos. Aunque aún no lo sabemos, me da la impresión de que esta interacción podría tratarse de un mecanismo de «perfeccionamiento» de los principales, pero todo esto como opinión personal. Pudiera ser que regularan los niveles de ROS -especies reactivas de oxígeno-, implicadas en la formación de raíces laterales, ya que las DELLA son detoxificantes de ROS o… (mil hipótesis más). Toda la investigación está en una fase muy inicial como para poder contestarte con más seguridad a tu sugerencia, pero reitero que es muy buena! Cualquier consulta / sugerencia adicional será bienvenida.

  4. Hola. Parece un trabajo interesante y con una hipótesis muy dirigida, es decir, la sobreexpresión de la proteína producirá más órganos (raíz y hojas) que permitirá una mejor adaptación a situaciones de estrés. Pero como en ciencia básica las hipótesis pueden cumplirse o no, mi pregunta es: ¿habéis barajado la posibilidad de que la sobreexpresión de la proteína produzca problemas de supervivencia en la planta?. Me explico, si se expresa la proteína y se crea más tejido vivo, entonces el organismo tendrá mayor gasto energético, lo que para situaciones de estrés de nutrientes será fatal. Su aplicación en jardinería perfecto, pues nunca estará sometida a falta de nutrientes, pero su aplicación en otros aspectos como producción de frutos no sería tan adecuada. ¿Qué experimento plantearías para demostrar que esta segunda hipótesis, la que yo planteo, es falsa?
    Y segunda cuestión, la planta desarrolla raíces lejos de las hojas, por tanto ¿podría haber una regulación de la proteína diferente para cada una de las localizaciones?. Y además, podrías ser que esa regulación dependiera de diferentes señales, ya que las señales que reciben las hojas del exterior son diferentes a las que reciben las raíces. Que la proteína se expresara de forma diferente dependiendo del órgano de la planta, querría decir que habría que manipular la proteína dependiendo de qué órgano se pretende modificar. ¿qué experimento demostraría que la regulación de la proteína es la misma o diferente según el órgano de la planta?
    En fin, a ver qué más cosas nos cuentas.
    ánimo, saludos.

  5. Buenos días Noel, y enhorabuena por tu artículo:
    Antes de nada, y como neófito de la investigación básica, me gustaría decir que me siento muy identificado con el penúltimo párrafo, y os animo a continuar con la búsqueda de nuevos conocimientos, más allá de las potenciales aplicaciones inmediatas.
    En relación a tu artículo me gustaría preguntarte: ¿Habéis hecho algún tipo de caracterización funcional de la proteína X? Me parecería interesante conocer con qué dianas moleculares puede interactuar, y me parece útil para investigaciones posteriores.
    Gracias y un saludo.

    1. Hola David. Los estudios acerca de la proteína son muy escasos, y nuestro laboratorio trabaja en Biología Molecular, pero la verdad es que estudios bioquímicos podrían ser muy interesantes. Mira lo poco que se sabe de la proteína, que aunque se ha descrito como un factor de transcripción, solo se conoce un gen como diana molecular. Estamos tratando de identificar más dianas mediante el empleo de microarrays. ¿Alguna sugerencia adicional? Muchas gracias!

      1. La verdad, estoy un poco pez en lo que a Bioquímica básica se refiere, pero se me ocurre que, si el organismo con el que trabajáis está secuenciado, podríais realizar análisis bioinformáticos para tratar de identificar en la proteína X el dominio de unión a DELLA, y el dominio o dominios de unión al DNA (sobre todo para determinar a qué promotores podría unirse).
        También podríais realizar experimentos de mutagénesis dirigida en esas regiones, con el fin de identificar regiones promotoras similares en otros genes.
        En caso conocer más a fondo la proteína X y poder generar anticuerpos contra ella, también sería interesante inmunoprecipitarla y ver si alguna otra aparte de DELLA precipita junto con ella, señal de que estarían interaccionando.
        Por ahora no se me ocurre qué más decir, espero no haber dicho ninguna barbaridad y a ver si alguna de estas opciones «low cost» te parece factible.
        Un saludo.

        1. Hola de nuevo, David. Se conoce el dominio de unión al DNA de la proteína y hemos estudiado por doble híbrido el dominio de interacción con las DELLA (la cristalografía es más fiable pero la dificultad es enorme). Me parece también muy interesante lo de la generación de anticuerpos. Sin embargo, hemos sido más prácticos y hemos generado una construcción proteína-myc para poder inmunoprecipitarla sin necesidad de generar anticuerpos contra ella, simplemente aprovechando que tiene la etiqueta tag. Por último, no entiendo muy bien que experimento planteas empleando mutagésis dirigida. A mí lo que se me ocurre es mutagenizar los dominios de unión a DNA y de interacción con las DELLA para conocer los aminoácidos implicados en esas interacciones… Muchas gracias por las sugerencias! Cualquier comentario adicional será bienvenido.

          En caso conocer más a fondo la proteína X y poder generar anticuerpos contra ella, también sería interesante inmunoprecipitarla y ver si alguna otra aparte de DELLA precipita junto con ella, señal de que estarían interaccionando.

  6. Hola Juan. Muchas gracias, muy interesante todo lo que planteas. Me gustaría hacer una pequeña aclaración y es que la sobreexpresión de la proteína no produce más hojas, aunque pudiera producir más (o menos) raíces laterales (¡en breves lo sabremos!) ¡Empiezo con tus consultas! Respecto a la primera (que es muy interesante!), decir que todas las líneas que hemos seleccionado como sobreexpresantes de la proteína no parecen tener una alteración en el desarrollo, al igual que ocurre con las mutantes. Puede existir una mayor o menor cantidad de raíces laterales, una morfología de las hojas diferente, pero la arquitectura de la planta es similar a la planta sin modificar y esto es muy interesante, porque generalmente las plantas «más tolerantes al estrés» suelen tener defectos en su desarrollo, lo que dificulta su cultivo… Observando la arquitectura general de la planta podríamos saber que no presenta alteraciones en el desarrollo y, en el supuesto que propones, nos podemos centrar en el análisis de la morfología del fruto. En principio no ocurren estas alteraciones pero, ¿y si existiesen? En el caso de que se observaran estas alteraciones, se podría sobreexpresar la proteína en determinadas condiciones (por ejemplo, cuando aparece el estrés). Aunque parece sorprendente, la modificación genética nos permite hacer esto.
    En relación a la segunda pregunta (aún más interesante!), primero tenemos que confirmar que la interacción tiene relevancia fisiológica en ambos órganos. Si fuese así, el estudio de las interacciones en cada órgano sería posible utilizando promotores específicos, pero la verdad es que se complicaría mucho el trabajo, aunque no dejaría de ser aún más interesante. Si me permites, me gustaría conocer que experimentos plantearías tú para resolver tu propia cuestión: »
    ¿qué experimento demostraría que la regulación de la proteína es la misma o diferente según el órgano de la planta? «El intercambio de ideas puede ser interesante. Muchas gracias de nuevo! Espero tu respuesta.

    1. Noel, gracias a ti por contestar.
      De momento eres el único autor de los post de este máster que contesta con ideas y argumentos para una discusión científica (lo digo desde mi punto de vista, que ni es importante, ni tiene que interesar a nadie). Felicidades por la actitud científica y los conocimientos de tu tema de trabajo.
      Justo lo que dices al final es de lo que se trata, el intercambio de ideas y la discusión científica, usando conocimiento, argumentos, hipótesis etc. es una de las cosas más ricas y necesarias de la ciencia.
      No tengo muchos conocimientos de biología molecular ni de los procesos vegetales, pero intentaré responder al reto de proponer un experimento que aborde la cuestión y se pueda responder la pregunta. Dame un par de días.

      saludos y ánimo con el trabajo.

      1. Muchas gracias, Juan. Aunque te aseguro que hay mucho potencial en el máster, créeme. Espero impaciente tu propuesta. Un saludo y muchas gracias por ese interés.

    2. Hola, he vuelto a leer todo. Y aparecen más preguntas. Vamos por partes.

      Dices que GAs es una hormona que se activa por señales externas, es como un sensor de algo que luego activa a DELLA y finalmente a X y se producen más raíces. ¿Es así?. Entonces, una cuestión inicial es ¿cuál es el estímulo externo que activa GAs en la raíz para que se inicie el proceso de aparición de raíces laterales?.
      Si me dices que GAs es una familia de hormonas, la cuestión inicial para realizar el experimento que propondría es determinar si la GAs que se une a DELLA+X en la raíz es la misma GAs que se une a DELLA+X en la hoja. Podrían ser diferentes la GAs de la familia que se activa en la raíz y en la hoja, lo que explicaría que son sensibles a estímulos externos diferentes (en la raíz sería humedad, pH del suelo, salinidad etc; mientras que en la hoja podría ser cantidad de luz, temperatura, o incluso orden de aparición con respecto a otras hojas en el tallo).
      Pensando en el estímulo específico que desencadena la producción de raíces secundarias, llega otra cuestión, y es que inicialmente habría que determinar si las raíces secundarias se producen mejor o más cuando las condiciones son óptimas o cuando las condiciones son de estrés. Es decir, si realmente valen para nutrir más y mejor a la planta sin coste adicional energético entonces cabe pensar que se producirán más cuando las condiciones sean peores para así extraer más nutriente. Pero también puede suceder que se produzcan más y mejor solo cuando las condiciones son óptimas en nutrientes. Así que me parece prioritario demostrar que las raíces secundarias son más o menos según las condiciones, ello permitirá mantener tu hipótesis de que este modelo de DELLA+X podría servir para producir más raíces en condiciones de estrés y con ello solventar la situación. En caso contrario, activar DELLA+X en condiciones de estrés podría matar a la planta. ¿No te parece?.

      Siguiendo con el razonamiento, viendo que GAs-DELLA-X están implicados en morfología de la hoja, la pregunta es ¿cambia la morfología en condiciones de estrés?. Tanto estrés de nutrientes como estrés lumínico (carencia de luz, en horas o en calidad de iluminación). Si es estrés de nutrientes estaría implicada la misma GAs en la raíz, lo cual no permitiría determinar si en ambos órganos de la planta funciona el mismo sistema o no. Por lo que el experimento sería, someter a estrés por ausencia de luz a la planta y observar si cambia la morfología, y si es así, determinar si GAs+DELLA+X están implicados en ese cambio, claro!. Habría que identificar molecularmente la GAs concreta de la familia. Por otro lado realizar un experimento de estrés de nutrientes en la raíz, si se modifica el número de raíces secundarias hay que ver también si se modifica la morfología de hojas. Si la morfología de hojas se modifica podría ser que las GAs implicada sería la misma, pero también podría ser que no (correlación no implica causalidad, ¿verdad?). Si en situación de estrés de nutrientes en raíz se modifican el número de raíces secundarias y no se modifica la morfología de hojas, entonces hay que hilar fino molecularmente y determinar si la GAs que se puede aislar en raíces asociada a ese estrés es la misma, o no, que se puede asilar en hojas resultado del experimento anterior de estrés de luz y cambio de morfología de hoja.
      Quizás, todo parece más un lío que una idea o una propuesta concreta de experimentos, pero como se suele llamar en los laboratorios esto es «una tormenta de ideas», ahora te toca filtrar cuál es la que puede servir. Y si alguna la tienes que guardar para futuros pasos en el trabajo.
      Salud

      1. Hola de nuevo Juan y muchas gracias por tomarte las molestias de escribirme todo lo que se te ha ido ocurriendo, que me parece muy interesante. Te contesto a continuación y, por favor, cualquier duda/sugerencia adicional ya sabes cómo contactar conmigo!
        Las giberelinas (GAs) se producen durante todo el ciclo de vida de la planta y responden a estímulos externos y endógenos. Así, cuando se producen, inducen la degradación de las proteínas DELLA, perdiéndose la interacción con la proteína X, pudiéndose modificar los niveles de raíces laterales (LRs) (aún no sabemos si se producen más o menos). Hemos visto que tanto las proteínas DELLA como X se encuentran en raíces laterales, por eso vamos a estudiar si una mayor o menor acumulación de X implica la aparición de más o menos raíces laterales. El estímulo que desencadenaría la producción de raíces laterales podría ser por ejemplo un déficit de agua, puesto que éstas permiten abarcar una mayor superficie para la absorción de agua. Parece un poco lío aún, pero todavía no podemos establecer un modelo porque no tenemos resultados concluyentes de la mayor / menor acumulación de LRs.

        Por otra parte, existen más de 130 GAs, pero tan solo unas pocas son ACTIVAS, encontrándose todas ellas en toda la planta (incluyendo hojas y raíces). Las más activas son las GA3 y GA4, de modo que la existencia de distintas GAs no explicaría, en principio, que la interacción DELLA-X pudiese tener un papel en dos procesos diferentes (morfología de hoja y aparición de LRs).
        Estoy de acuerdo con que la mayor / menor aparición de LRs pudiera depender de si las condiciones son las normales o existe estrés. Nosotros estamos en un primer momento de la investigación, de modo que nos centramos en condiciones normales, pero podría ser interesante mirar su producción en condiciones de sequía, por ejemplo. Una de las funciones de las DELLA es detoxificar (eliminar) las especies reactivas de oxígeno (ROS), que se producen en condiciones de estrés, de modo que esta interacción podría estar implicada en esta detoxificación, pero ya te digo que antes tenemos que asegurarnos de que realmente la interacción tiene un papel en la formación de LRs. Llevamos muy poco tiempo estudiando este proceso.
        Lo mismo ocurre con lo que comentas de la morfología de la hoja, aunque aquí no creo que el estrés tenga mucho que ver. Posiblemente las DELLA podrían controlar el papel de la proteína X en la regulación de la morfología de la hoja, pero simplemente porque tienen un papel en ese proceso, no para asegurarle a la planta la captación de más luz, etc. Así, si los niveles de la proteína X no son los adecuados, la hoja no tendría la forma “habitual” y aparecerían formas aberrantes.
        En conclusión, hemos visto que las DELLA y la proteína X interaccionan y pudiera tener dicha interacción una relevancia fisiológica en la formación de raíces laterales y morfología de hoja (en ninguno de estos procesos o en otros). El papel fisiológico aún no lo tenemos claro, por eso estamos mirando morfología de hoja, LRs, etc. porque ambas proteínas se encuentran en esos órganos. Cuando tengamos el modelo final, le pediré a JM si me lo permite comentar de nuevo y así puedes conocer el final de la historia, que es bastante intrigante.
        Muchas gracias de nuevo y espero que te haya gustado la respuesta!
        Un saludo!

    1. Hasta el momento tenemos seleccionadas las líneas sobreexpresoras y en cuanto tengamos el resultado de un western blot, analizaremos el fenotipo en raíces laterales y morfología foliar de la línea más sobreexpresante. Espero que no tarde mucho en hacer el western, que ya tengo ganas de saber lo que sale 😛

  7. Noel, me ha encantando el artículo y tu línea de trabajo de fin de máster.
    A lo que planteas, coincido con alguno de los comentarios en que tal vez pudiera ser interesante (1) analizar la localización espacial y temporal de estas dos proteínas para ver en qué momentos coinciden, (3) cómo las GAs regulan la formación de este complejo y (3) estudiar qué genes actúan aguas abajo de este complejo para regular dos procesos tan distintos a priori como la formación de raíces laterales o la morfología de las hojas.
    Mucho ánimo,
    Luis

    1. Aprovechando que te tengo que decir que he contestado más abajo (o el ordenador me falla o tengo un serio problema con la utilización del post), acabo de contestar lo de la expresión diferencial. Los genes que se expresen diferencialmente (up o down-regulated) en tipo silvestre y mutante, los comparemos con los genes inducidos y reprimidos por DELLAs y así podemos conocer los posibles genes controlados por el complejo. Una PCR cuantitativa nos dará finalmente la información de esos genes. Ahora sí! Un saludo 😉

  8. Buenas tardes

    He disfrutado leyendo el artículo pero me sugieren una serie de dudas:

    En primer lugar he leído en varios comentarios que hablan sobre la capacidad de creación de raíces secundarias ( o laterales como prefiráis) y me surge la duda de que si una sobre estimulación de la producción de raíces secundarias debido a la modificación de las proteínas no podría tener efectos adversos en el desarrollo de raíces pivotantes en el caso de que el sistema radicular no sea fasciculado, ya que si anulase dicha capacidad estaríamos consiguiendo individuos con un aprovechamiento del potencial edáfico menor.

    En segundo lugar se me plantea la sugerencia de aplicaciones tiene muchas pero a priori, me gustaría saber sí habéis hecho algún estudio analítico que represente el incremento del desarrollo de raíces laterales teniendo en cuenta la interacción de dicha proteína.

    Finalmente, indicar que este estudio me parece muy curioso ya que por ejemplo puede tener un uso intensivo ya que al mejorar la superficie radicular aumentaría la capacidad de aprovechamiento de nutrientes o en caso de ataque de patógenos como los «nemátodos» un mayor desarrollo radicular permite «liberar de carga » a la planta y en el caso del tabaco esto ya se hace con variedades denominadas «resistentes a nemátodos».

    Un saludo

    1. Hola. Me alegra saber que se te ha hecha amena la lectura y, sobre todo, que me plantees preguntas, principalmente porque gracias a ellas profundizo más en mi proyecto y aprendo cosas que no sabía, claro. Respecto a la primera pregunta, decir que en principio la sobreexpresión de una proteína que implica la formación de raíces laterales no tiene por qué afectar a la elongación y/o organización de la raíz pivotante (he tenido que asegurarme de que te referías a raíz primaria, no sabía que también se llamaba así). Sin embargo, a la vez que ésta, estoy desarrollando otra investigación, y he visto que el hecho de eliminar una proteína concreta conlleva un acortamiento de la raíz primaria (debido a una desorganización de la región meristemática, donde se encuentran las células madre que permiten la formación de los distintos tipos celulares de la raíz) y, A LA VEZ, una reducción de la densidad de raíces laterales (prácticamente no ser forman). En definitiva, por mi experiencia supongo que dependerá de la proteína en cuestión!
      Respecto a la segunda pregunta, estamos haciendo un ensayo de determinación de la densidad de raíces laterales, pero esperaremos a seleccionar la línea más sobreexpresante de la proteína (la que acumule los mayores niveles de la proteína) y compararemos esa densidad respecto a la del tipo silvestre y a la del mutante de pérdida de función (no acumula proteína). ¿Se te ocurre algún ensayo adicional?
      Por último, gracias por comentarme lo de los nematodos, porque no tenía ni idea y me parece realmente interesante. Cualquier duda o sugerencia adicional será bien recibida!! Muchas gracias de nuevo! Un saludo.

  9. Hola Luis. Tenemos líneas reporteras proteína::GUS y DELLA::GUS, de modo que estamos analizando en qué localizaciones coinciden. Una de los órganos en los que coinciden son las raíces laterales (LR), de ahí a que estemos centrando nuestro trabajo en LR. Por otra parte, vamos a hacer un microarray para comparar la expresión diferencial en el tipo silvestre y en mutante de pérdida de función para la proteína en cuestión para tratar de determinar los genes que actúan aguas abajo del complejo. Muy interesante tu comentario. Muchas gracias!

  10. Buenas Noel. En primer lugar felicitarte porque el artículo me ha parecido muy didáctico y muy sencillo de comprender para una persona inexperta en el campo de la Biología Molecular. Se me ha ocurrido una pregunta mientras lo leía, aunque seguramente sea muy evidente para los que trabajáis con plantas. Comentas que una mayor cantidad de raíces laterales podría mejorar la resistencia de las plantas a sequía. Supongo que en semillas también existirá esa plasticidad hormonal de la que hablas. Entonces me pregunto, si las semillas de esa planta modificada (con mayores o menores niveles de proteína) las cultiváis en un terreno poco húmedo, seguramente no germinen porque las condiciones no son las mejores. ¿Cómo solventaríais ese problema? O, por otra parte, ¿habéis visto si esas semillas son resistentes a sequía o solo lo sería en planta ya adulta?

    1. Muchas gracias, ése era el objetivo planteado así que estoy muy contento de haberlo explicado de manera sencilla y comprensible para un público no experto en Biología Molecular. Ahora paso a contestar la pregunta que formulas, que para nada resulta evidente y, de hecho, me parece muy buena.
      El hecho de que una planta sea más tolerante (son manías de uno, pero me gusta más el término de tolerante que el de resistente) a un estrés en estadio adulto, no implica PARA NADA una tasa de germinación mayor en presencia de ese estrés. En el caso de la proteína con la que trabajamos, no hemos estudiado si una mayor o menor acumulación de la misma implica mayor sensibilidad al estrés en el estadio de semilla, pero sí podría ser interesante mirarlo si en planta adulta mostrase un fenotipo de mayor tolerancia a estrés por déficit de agua. En el caso de que fuese sensible a este estrés en germinación, podríamos modificar los niveles de proteína solo cuando esté presente el estrés mediante Ingeniería Genética o, una opción menos factible, sembrar las semillas en invernadero y una vez germinan y se establece la plántula, pasarlas al campo donde ya serían tolerantes al estrés. Cualquier cosa que no te quede clara o si se te ocurren nuevas preguntas / comentarios, te los contestaré encantado.

  11. Hola,

    En primer lugar, enhorabuena por el post, Es muy fácil para los científicos (o futuros científicos) hablar de su trabajo en términos complejos, pero muchas veces fallamos en el momento de acercar ese trabajo al público, extrayendo para ellos la verdadera esencia e interés de este en palabras claras y directas. En mi opinión, has conseguido sacar tu faceta divulgadora, si bien me parece (aunque supongo que eran exigencias del ejercicio) ligeramente extenso.
    Dicho esto, simplemente me gustaría comentar que me ha llamado la atención la forma de finalizar el post con esa reivindicación de la investigación básica. Somos conscientes de las dificultades que plantea la aplicación de investigación como la tuya, dadas las trabas tanto sociales como legislativas, pero no por ello el conocimiento es menos relevante. La información es poder, como bien has dicho, y estudiar la naturaleza en detalle no hace sino sumar al conocimiento del ser humano.
    Por último, una pregunta un poco personal, resultado del entusiasmo en tu escritura. ¿Qué es lo que te apasiona de la investigación en biología molecular de plantas?
    Gracias y un saludo.

    1. Hola Raquel. Muchísimas gracias por lo que comentas, a uno siempre le gusta que le reconozcan el trabajo que hace pero, sobre todo, que haya alcanzado el objetivo que le proponen. Además, estoy de acuerdo con eso de que el texto es bastante extenso, pero créeme que del número de palabras sugerido he empleado el mínimo. Pero sin duda, lo tendré en cuenta para el próximo post, que espero que no sea el último, porque además de la investigación y la docencia, la divulgación es otra de mis vocaciones.
      Por otra parte, estoy de acuerdo con lo que comentas acerca de la investigación básica, pero quisiera decirte que aunque nuestra investigación la desarrollamos para aumentar nuestro conocimiento acerca de los procesos biológicos, quién sabe si será el que nosotros generemos o el que cualquier otro “investigador básico” genere el conocimiento que suponga un avance tecnológico a largo plazo. Es difícil de predecir esto, desde mi punto de vista, pero evidentemente sí reconozco que hay investigaciones más dirigidas a conseguir ese propósito. Pero una vez más, recalco el papel de la investigación básica (o ciencia en general), acompañándome de frases célebres que ya he usado en otros momentos, que son: “lo que sabemos es una gota de agua; lo que ignoramos el océano” (I. Newton) y “lo importante es no dejar de hacerse preguntas…” (A. Einstein) aportando a esta última un toque personal “…sea cual sea su posterior aplicación”.
      Por último, y gracias por hacerme esta pregunta, te comentaré qué es lo que me apasiona de la investigación de la Biología Molecular de Plantas. En primer lugar, me gusta tanto la biología celular como la molecular y creo que he tenido suerte en los laboratorios en los que “he trabajado / trabajo” porque en todos he podido combinar ambas disciplinas. Concretamente, lo que más me entusiasma es tratar de entender el papel que tiene cada uno de los genes y sus productos (proteínas) en cada uno de los procesos fisiológicos de la planta y cómo son capaces de conectar su necesidad de defenderse de un peligro con su desarrollo y crecimiento. Espero poder aportar mi granito de arena en este área al igual que uno que estudia el cáncer se centra en la implicación de unas pocas proteínas en la metástasis, etc. Quizás sea la agrupación de todo el conocimiento (que aún es muy poco) la que nos dé finalmente una visión global de cómo funcionan las plantas, cuáles son los mecanismos implicados en cáncer, etc.

  12. Buenas tardes, muchas gracias por el artículo Noel, es de agradecer que se haga una divulgación científica tan buena y clara, sobretodo para aquellos que entendemos poco de estos temas. Me ha resultado fácil entenderlo y seguirte. Te quería preguntar algo un poco ajeno al trabajo en sí, pero que me levanta bastante curiosidad tras haber observado la foto, que por cierto es muy bonita. Por lo que he estudiado, supongo que en la foto lo que aparece además de las raíces laterales son pelos radiculares. ¿Tienen la misma función? ¿Aparecen a lo largo de toda la raíz principal ambos?

    Un saludo

    1. Hola Ana. Muchas gracias por valorar el trabajo, realmente me alegro de que te haya gustado. Sí, en la foto aparece una raíz lateral (LRs) y pelos radiculares. Gracias por la observación, porque creo que debería haberlo especificado en el pie de foto. Respecto a si tienen la misma función, ambos incrementan el área de absorción de agua y captación de nutrientes, de modo que la respuesta es que sí. Por otra parte, no te creas que es tan evidente tu pregunta. La raíz primaria (la principal) de Arabidopsis thaliana, planta modelo que usamos en la mayoría de laboratorios de Biología Molecular de Plantas, presenta tres regiones bien diferenciadas: zona meristemática, que incluye células que se dividen activamente, la zona de elongación y la zona de diferenciación (http://www.botanica.cnba.uba.ar/Pakete/3er/LaPlantas/7777/LaRaiz_archivos/image002.gif). En la foto del post, he incluido parte de la zona de elongación y el comienzo de la zona de diferenciación, que es la región donde se forman las LRs y los pelos radiculares.
      Cualquier sugerencia/comentario/pregunta será bien recibida y, por supuesto, contestada! Un saludo!

  13. Un artículo muy interesante, y además, entretenido en cuanto a la forma. ¡Enhorabuena!
    Una pregunta. Entiendo que la técnica BiFC es para identificar en qué partes de la planta se produce la interacción de la proteína DELLA y la proteína X, y que gracias a esto habéis visto fluorescencia en raíces y hojas. ¿Habéis observado fluorescencia en algún órgano más?
    Muchas gracias, y mucho ánimo con la investigación.
    Un saludo.

    1. Hola Bea. Muchísimas gracias!! Me alegra saber que te ha resultado entretenido, aunque al intentar hacer un texto relativamente corto me he dado cuenta que he obviado ciertas explicaciones muy importantes, pero mejor así que de esta manera podéis preguntarme! La técnica del BiFC, en principio la realizamos en Nicotiana benthamiana (plantas de tabaco), de modo que miramos en las hojas en las que introducimos los vectores (=medio de transporte) que contienen las construcciones que he comentado (DELLA + trocito de proteína fluorescente y X + el otro trocito de proteína fluorescente) si se reconstituye la proteína fluorescente y, por tanto, si emite fluorescencia. De esta manera, podemos conocer si ambas proteínas interaccionan. Sin embargo, de esta forma no determinamos dónde se produce la interacción. Para saber dónde podría ejercer un efecto fisiológico la interacción, miramos dónde se encuentran simultáneamente ambas proteínas (p. ej. raíces laterales y hoja) y empleando plantas que acumulan más o menos niveles de la proteína de estudio, vemos si realmente X (y en definitiva la interacción) juega un papel relevante en esos órganos. Espero haber respondido a tu pregunta y gracias de nuevo por participar haciendo preguntas tan interesantes! Un saludo.

      1. Muchas gracias Noel por la explicación. Había pensado que con la fluorescencia de esta técnica podíais ver la interacción de las proteínas, y además podíais serviros de dicha fluorescencia para ver dónde se daba la interacción en la planta. En relación con esto, ¿cómo podéis comprobar dónde se da? Es decir, ¿es un largo trabajo de poyata o más bien de trabajo bioinformático?
        ¡Muchas gracias!

        1. Hola de nuevo, Bea. Se podrían emplear programas bioinformáticos para predecir su localización. Así, existen algunos que muestran la expresión de los distintos genes en los diferentes órganos y tejidos de la planta (y lo mismo con las proteínas). Sin embargo, en nuestro caso empleamos el ensayo GUS. ¿Y esto qué es? Ahora te lo explico.
          Para llevar a cabo este tipo de ensayo, hemos de fusionar al gen que codifica (contiene información para) una de las proteínas DELLA (en Arabidopsis thaliana hay cinco) el gen GUS, y toda esta región que se expresa bajo el promotor nativo del gen DELLA (para que la construcción se exprese cómo lo hace en la planta el gen de estudio: el que codifica la DELLA). De esta manera, podemos conocer dónde se encuentra la proteína. ¿Y eso por qué?
          La transformación de la planta con esta construcción permite la producción de la proteína DELLA (en dónde ha de producirse, por eso usamos su propio promotor) fusionada a la beta-glucuronidasa (producto del gen GUS). Esta enzima, en presencia de un sustrato concreto, X-gluc, produce un producto coloreado (azul) que permite saber dónde está la proteína.
          Con este tipo de análisis, que se engloba dentro de los ensayos histoquímicos más empleados en plantas, pudimos encontrar que tanto la proteína DELLA como la X se localiza en raíces laterales.
          Muchas gracias por seguir preguntando y espero que te quede todo claro y sino no dudes en volver a preguntar, ¿eh? Un saludo.

          1. Muchas gracias Noel por tu respuesta. Ahora ya me hago mejor a la idea del proceso. Me ha surgido una pregunta más (me vas a llamar pesada…). Allá va. ¿Todas las proteínas DELLA interaccionan con la proteína X? ¿Por qué sólo estudiáis una?
            Muchas gracias de nuevo, Noel.

          2. Hola Bea! Me alegra que las explicaciones aclaren todas tus curiosidades y, sobre todo, que te sigan ocurriendo nuevas preguntas. En Arabidopsis thaliana, planta modelo que usamos la mayor parte de los que trabajamos en el campo de la biología molecular de plantas, hay 5 proteínas DELLA, pero por ejemplo en arroz tan sólo hay 1. Así, en nuestro caso hicimos un screening/escrutinio/búsqueda de las posibles proteínas que interaccionan con las DELLA, de modo que sólo hemos comprobado que la proteína X interacciona con una de ellas, pero podría ser interesante comprobar si interacciona o no con el resto. ¿Y esto por qué? No todas las proteínas DELLA ejercen su función en todas las partes de la planta ni en todos los procesos fisiológicos (en Arabidopsis, en arroz sí). Gracias de nuevo por esas inquietudes tan interesantes!

  14. Buen trabajo Noel. Me ha encantado cómo explicas la técnica BiFC, tan sencilla y tan poderosa.
    Se nota lo mucho que has aprendido en tu TFM y todo lo que has absorbido del magnífico tandem Miguel-David. Suerte en tu futuro investigador.

  15. Hola Noel. Muchas gracias por transmitir de forma tan didáctica y amena este «cachito» de información sobre el mundo vegetal, tan poco valorado en relación con otras líneas de investigación. Como todos sabemos, leer el taiz puede ser bastante aburrido, sobre todo cuando, aunque te gusta aprender, las plantas no son tu verdadera pasión.
    Me gustaría preguntarte, por eso de que te conozco ya que fuimos compañeros (y creo que amigos), y porque mi vena cotilla me lo pide: ¿va a ser éste tu tema de tesis / doctorado o solamente se limita al tema de tu TFM?
    PD: Se ve que te gusta esto de las raíces sí, si no recuerdo mal tu tesina iba de eso (pesado)…

    1. La «originalidad» de este comentario hace que sepa perfectamente qué María eres. En primer lugar, decirte que una crítica positiva tuya es de valorar porque no pensabas lo mismo de los trabajos / apuntes que hacíamos juntos… Por tanto, muchas gracias, definitivamente me creo que he conseguido el objetivo que nos pedían.
      Ya te respondo a la pregunta… El estudio de la conexión de las proteínas DELLA y el meristemo es la temática de mi proyecto de máster, que supone una parte de la tesis de una chica del laboratorio. Sin embargo, el tema de mi tesis (si al final consigo un contrato/beca…) sigue siendo el papel de las proteínas DELLA, pero ya en el proceso de escotomorfogénesis y concretamente cómo éstas pueden estar modulando la expresión génica.
      ¡El mundo de las raíces es apasionante, y hoy más porque creo que me ha salido «relativamente bien» una PCR cuantitativa que nos da más información de cómo podría estar regulando el óxido nítrico la elongación de la raíz primaria de A.thaliana! (Igual mañana la repito y me doy cuenta que no ha ido tan bien, pero bueno, hoy puedo dormir feliz).

  16. Muchas gracias Noel. Creo que de momento no tengo más preguntas. Todo claro 😉
    (Te contesto en otro comentario porque ya no me dejaba responder en el primero que hice jeje).

  17. Hola Noel. Me parece un tema apasionante en el que trabajas, aunque he de decirte que estoy de acuerdo con María, eres un poco petardo con las dichosas raíces. Un par de curiosidades al respecto. Ya que no desvelas la identidad de la famosa «proteína X» dejándome con la intriga (cómo te gusta causar ese efecto hasta cuando hablas de tu TFM!), sabéis su función y/o cuál es el resultado a nivel de expresión génica o fenotípico de la interacción entre DELLAs y esta proteína? Y por otro lado, ya que mencionas en tu publicación la integración entre señales ambientales y fitohormonales y el papel de la proteína X en la formación de raíces laterales, habéis visto si la interacción entre estas dos proteínas se da frente a algún tipo de estrés, como por ejemplo hídrico ? Muchas gracias y suerte con la investigación!

    1. Hola Raquel. El hecho de no desvelar la proteína de estudio se debe a que, como sabrás, en ciencia no hay que dar demasiadas pistas de tu trabajo, al menos hasta que no tienes una historia que contar (si todavía no tienes la historia, son bastantes meses los que faltan para conseguir finalizar el trabajo). Introduzco esto para responder a tu pregunta… A día de hoy aún no tenemos claro el resultado fenotípico que conlleva la interacción de ambas proteínas, y en Septiembre intentaré hacer un análisis de expresión génica para «conseguir pistas» de por dónde va el posible papel de la interacción (si no es morfología foliar y/o formación de raíces laterales). No hemos estudiado nada del hipotético papel de la interacción en estrés abiótico, pero si tuviese que arriesgarme a empezar una línea de investigación por ahí, me decantaría por el estrés salino, donde el papel de las DELLA está establecido (relación con la detoxificación de especies reactivas de oxígeno -ROS-). Muchas gracias por el interés y perdona la tardanza (en verano intento «desconectar» los fines de semana). Si tienes alguna consulta más, no dudes en preguntarme. Un saludo.

  18. Buenas tardes, Noel.
    En primer lugar me gustaría felicitarte por haber conseguido explicar de manera tan sencilla la investigación que estáis llevando a cabo en el laboratorio. Creo que es importante ser capaz, no solo de realizar, como digo, una serie de experimentos interesantes, sino también de transmitir los conocimientos, el interés y la pasión por aquello con lo que estás trabajando a todo tipo de público, y tú, definitivamente, lo has conseguido, así que te doy mi más sincera enhorabuena.
    Te han hecho diversas preguntas acerca de la formación de raíces laterales, pero también creo que es interesante el tema de la morfología de las hojas. ¿Podrías explicar un poco qué hace o qué creéis que hace la proteína X en ese sentido?
    Muchas gracias. Un saludo, y enhorabuena de nuevo por este increíble artículo.

    1. Buenas tardes, Virginia. Muchísimas gracias por tus palabras, la verdad es que es muy bonito poder contar tu investigación. La pregunta que me formulas es muy interesante. La pérdida de función de la proteína, es decir, cuando está no está presente en la planta, las hojas no tienen su morfología habitual sino que aparecen muchas serraciones, lo que sugiere que dicha proteína regula la aparición de las mismas. Sin embargo, no sabemos lo que ocurre con la sobreexpresión de la proteína, pero desde luego sería muy interesante mirarlo. Muchas gracias de nuevo y cualquier pregunta adicional no dudes en hacerla. Un saludo.

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Por J. M. Mulet, publicado el 17 julio, 2014
Categoría(s): General • Master en Biotecnología vegetal
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