La señalización molecular en plantas

Los organismos vivos presentan una compleja red de señalización bioquímica para llevar a cabo prácticamente todas las funciones vitales, desde el nivel celular hasta el nivel de organismo. El NO desempeña un papel importante en la regulación de funciones en las plantas como la resistencia a enfermedades, el intercambio gaseoso, la germinación de las semillas y el desarrollo de las raíces.

Muchas de las funciones biológicas son resultado de las interacciones del NO, o más generalmente, de la familia de compuestos del óxido nítrico (NOx), con proteínas. Con el objetivo de determinar dianas que median en los efectos, prestando especial atención a las proteínas nucleares, se inició el proyecto financiado por la Unión Europea «NO-dependent protein translocation and S-nitrosylation of nuclear proteins in Arabidopsis thaliana» (PRONITROARAB).

Una de las vías más importantes por medio de la que el NO regula distintas funciones en las plantas es su unión de manera covalente a residuos de cisteína (S) de otras moléculas, fenómeno conocido como S-nitrosilación. En primer lugar, los miembros del equipo emplearon métodos informáticos (el software GPS-SON 1.0, recientemente desarrollado para predecir sitios de S-nitrosilación) para analizar el proteoma completo de A. thaliana, constituido por 27 416 proteínas. Los resultados fueron formidables.

En todos los compartimentos celulares (por ejemplo, en la membrana, los cloroplastos, etc) se descubrieron proteínas candidatas para la S-nitrosilación en grandes cantidades. Cuando los investigadores se centraron en los candidatos más factibles (es decir, con una probabilidad estadística más robusta) el equipo identificó 3 190 lugares de S-nitrosilación en un total de 3 005 proteínas diana, principalmente en los cloroplastos, el compartimento intracelular y en los plasmodesmos. Estas representaban entre el 5 y el 17 % del contenido total de proteínas por compartimento.

Posteriormente, los investigadores analizaron más detenidamente la S-nitrosilación de proteínas nucleares in-vivo. Para encontrar proteínas nucleares S-nitrosiladas que están relacionadas con el mecanismo de defensa de la planta, los investigadores expusieron a A. thaliana a un patógeno. Este pequeña planta con flores es un sistema modelo muy empleado en biología vegetal.

Posteriormente, se extrajeron del núcleo las proteínas y éstas fueron sometidas a la técnica de «cambio de biotina» («biotin switch assay») para identificar las proteínas nucleares S-nitrosiladas. Como control se emplearon extractos nucleares expuestos a un donante de NO. De los 195 candidatos identificados, el 57 % (111) eran proteínas nucleares. Estas proteínas desempeñan un sinfín de funciones, demostrando la gran importancia de la ruta del NO en la regulación.

La comprensión de los mecanismos de regulación en plantas es importante a diferentes niveles; desde la adquisición de conocimiento fundamental hasta para el desarrollo de aplicaciones relacionadas con el crecimiento o la resistencia a enfermedades en cultivos y para desvelar rutas parecidas en otros sistemas. Los resultados del proyecto PRONITROARAB proporcionaron nuevos conocimientos al área de investigación de la regulación vegetal mediada por la S-nitrosilación de proteínas y abrió el camino a un gran número de experimentos y a una prometedora línea de investigación basada en el estudio de estos fenómenos.