Sol Invictus

Por J. M. Mulet, el 23 julio, 2021. Categoría(s): Fernando Rodríguez • Fitocromos • Master en Biotecnología • Master en Biotecnología vegetal • Master IBMCP

Post escrito por Fernando Rodríguez, alumno del Máster de Biotecnología molecular y celular de plantas.

 

 

Desde hace milenios, el sol ha sido motivo de veneración entre prácticamente todas la civilizaciones humanas. Un claro ejemplo son las fiestas romanas del Sol Invictus en el solsticio de invierno, donde se celebraba la victoria del dios Sol sobre la oscuridad. Otra festividad que se celebra en la misma época del año y nos es más familiar es la Navidad. Que todas estas fiestas se celebren en la misma fecha no es casualidad, se celebraba que una mayor longitud de los días llevaba a mejores cosechas. El sol se puede considerar la fuente de la vida y, por tanto, no es de extrañar la importancia de este en nuestras culturas. ¿Por qué el sol es tan importante? Pues… porque aporta dos cosas fundamentales: luz y temperatura.

Imagen 1. Mosaico romano del dios Sol.

Nadie duda de la importancia de la luz en las plantas y en la vida en general, sin ella no podríamos vivir. Teniendo en cuenta esto, no es difícil imaginar que las plantas tengan un mecanismo que permita responder a este estímulo. Este mecanismo contiene un elemento que actúa como un interruptor, el fitocromo. Como buen interruptor “se enciende” y “se apaga”, al igual que los interruptores de nuestras casas. En este caso y de forma simplificada, el fitocromo se enciende cuando hay luz y se apaga cuando no la hay.

Dependiendo de si el interruptor (fitocromo) está encendido o apagado, la planta va a hacer una cosa u otra. En concreto, lo que va a cambiar es la proteína a la que activa. Los otros dos protagonistas de esta historia son las proteinas PIF y HY5. Cuando el fitocromo está encendido, se activa HY5 y se inactiva PIF. Si el fitocromo está apagado se activa PIF y se inactiva HY5. Como vemos, PIF y HY5 son antagonistas. Realmente, esta es una visión simplificada del mecanismo, existen muchos más factores interviniendo.

Como ejemplo de lo que pueden hacer los tres protagonistas está el crecimiento del tallo. Si la planta está recibiendo luz significa que está en un sitio adecuado y, por tanto, no tiene la necesidad de buscarla. Sin embargo, si la planta está en oscuridad va a necesitar que su tallo crezca rápidamente buscando la fuente de luz. Por tanto, cuando el fitocromo está encendido, el tallo va a frenar su crecimiento gracias a HY5 y, cuando está apagado, el tallo va a crecer gracias a PIF. Esta es solo una de las respuestas que tiene la planta frente a la luz mediante este mecanismo.

La sorpresa llega cuando se descubre que no solo la luz apaga este interruptor, sino también la temperatura. Cuanto más alta es la temperatura, más se apaga nuestro interruptor. Esto nos indica que a temperaturas elevadas el fitocromo se va a inactivar con mayor frecuencia que a bajas temperaturas, donde el efecto térmico no influye tanto. Por tanto, nos encontramos con un circuito que responde tanto a luz como a temperatura y que podemos simplificarlos en tres protagonistas: fitocromo, PIF y HY5. La pregunta que trata de responder mi proyecto es: ¿Desde cuándo esto es así?

Imagen 2. Esquema muy simplificado del mecanismo de respuesta a luz y temperatura en el que intervienen el fitocromo, PIF y HY5.

Las plantas provienen de las microalgas marinas. Hace millones de años las estas comenzaron a colonizar las aguas dulces, luego comenzaron a colonizar el medio terrestre y aparecieron las primeras plantas sin vasculatura como los musgos y, por último, aparecieron las plantas vasculares, las que todos conocemos. Esta circuito que integra luz y temperatura se ha visto en plantas vasculares, pero ¿esto podemos encontrarlo en los ancestros marinos de las plantas? Esta pregunta nos puede ayudar a hacernos una idea de si esta “simbiosis” entre luz y temperatura ha sido clave para ayudar a los organismos fotosintéticos a adaptarse a un ambiente donde la luz y la temperatura tienen un mayor impacto, es decir, si ha sido clave para la colonización del medio terrestre. Otra opción es que sea algo tan ancestral e importante que todos los organismos fotosintéticos lo tengan, desde microalgas marinas hasta plantas vasculares. Esto realmente aún no se sabe, mi trabajo trata de descubrir cuál es la respuesta.

¿Cómo se responde a esta pregunta? Lo primero que hay que hacer es escoger distintos organismos, cada uno representativo de un “momento” concreto de la evolución. Por un lado, uno de los organismos fotosintéticos más antiguos: una microalga marina (Ostreococcus tauri). Como hemos dicho, el siguiente paso fue colonizar las aguas dulces, por tanto, una microalga adaptada a este ambiente (Mesotaenium endlicherianum). Luego una planta sin vasculatura que ya ha colonizado el medio terrestre (Marchantia polymorfa) y, por último, una planta vascular (Arabidopsis thaliana).

Imagen 3. Foto de Marchantia polymorfa

Analizando como responden estos cuatro organismos a la luz y a la temperatura podemos intuir cuándo apareció la fusión de estas dos señales en la evolución. Que estos estímulos se encuentren tan ligados en las plantas no es una sorpresa sabiendo que el sol no solo es una fuente de luz, sino que también de temperatura. Este trabajo nos puede ayudar a entender la importancia que tiene esta integración en todas las plantas y, por tanto, en nuestros cultivos. Aún no se sabe, pero puede ser que sin este circuito que integra luz y temperatura los romanos nunca hubieran podido celebrar el Sol Invictus.

 



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