El Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (CSIC-UPV) ha contribuido al primer atlas de expresión génica que detalla los ritmos circadianos en células individuales de plantas, según un estudio publicado en Nature Communications. Este avance revela que cerca de 3.000 genes presentan patrones rítmicos específicos según el tipo celular, lo que sugiere una regulación compleja del reloj circadiano en las plantas. La investigación, que utiliza técnicas avanzadas de secuenciación, podría tener aplicaciones significativas en la agricultura de precisión, mejorando la adaptación de cultivos a condiciones ambientales cambiantes. Además, se identificó un nuevo regulador del reloj circadiano, el gen ABF1, que abre nuevas posibilidades para optimizar el rendimiento agrícola y la resistencia a estreses ambientales.
El Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (CSIC-UPV) ha dado un paso significativo en el entendimiento del reloj circadiano de las plantas al participar en la elaboración del primer atlas de expresión génica que detalla los distintos tipos celulares a lo largo del día. Este trabajo, publicado en la prestigiosa revista Nature Communications, revela cómo las plantas se adaptan a las condiciones ambientales mediante un mecanismo interno que regula sus ritmos biológicos.
Un equipo internacional, que incluye investigadores del IBMCP, ha logrado observar por primera vez con gran precisión los ritmos biológicos en células individuales de plantas. Utilizando técnicas avanzadas de análisis genético, se identificaron cerca de 3.000 genes que operan rítmicamente según el tipo celular. Además, se descubrió que los genes asociados al reloj circadiano son activos en casi todos los tipos celulares, lo que abre nuevas posibilidades para mejorar cultivos y adaptarlos al cambio climático.
A lo largo de los años, se había asumido que el reloj circadiano funcionaba de manera uniforme en todos los tipos celulares de las plantas. Sin embargo, investigaciones recientes han demostrado que este sistema está estructurado a nivel orgánico y presenta características diversas dependiendo del órgano o tejido, similar a lo observado en animales.
El estudio realizado por varias instituciones científicas chinas y el IBMCP ha permitido crear un detallado atlas de expresión génica en la planta modelo Arabidopsis thaliana. Para ello, se utilizó una técnica innovadora llamada secuenciación de ARN de núcleos individuales, analizando más de 200.000 núcleos recolectados durante un periodo de 48 horas.
"Al comparar los patrones de expresión génica entre diferentes tipos celulares, hemos identificado grupos específicos que comparten ritmos similares", explica Maria A. Nohales, investigadora del CSIC en el IBMCP y co-líder del estudio. "Cerca de 3.000 genes muestran patrones rítmicos específicos según el tipo celular, lo que sugiere una regulación altamente específica dentro del sistema circadiano vegetal".
La investigación también destaca la identificación del gen ABF1 como un nuevo regulador del reloj circadiano, cuya sobreexpresión acorta el período circadiano. Este descubrimiento podría ser clave para entender mejor cómo funciona este mecanismo vital en diferentes tipos celulares.
Los resultados obtenidos podrían transformar prácticas agrícolas hacia una nueva forma conocida como cronocultura, donde el conocimiento del ritmo interno de las plantas permitiría sincronizar riego y aplicación de fertilizantes con momentos óptimos para su aprovechamiento. Además, esta información podría ser utilizada para desarrollar cultivos más resistentes a condiciones adversas como sequías o cambios bruscos de temperatura.
"Nuestra investigación nos permite modificar genes circadianos relevantes para respuestas específicas en ciertos tipos celulares sin afectar toda la planta", concluye Nohales, subrayando la importancia práctica del estudio en el contexto agrícola contemporáneo.
| Cifra | Descripción |
|---|---|
| 3,000 | Número de genes que siguen patrones rítmicos según el tipo celular. |
| 200,000 | Número de núcleos de células vegetales analizados durante el estudio. |
| 48 | Horas totales para el primer período de análisis con intervalos de 4 horas. |
| 24 | Horas totales para el segundo período de análisis con intervalos de 2 horas. |
El reloj circadiano de las plantas es un mecanismo que percibe los cambios medioambientales y mide el paso del tiempo para generar ritmos en múltiples procesos biológicos, como la alimentación y el descanso.
El objetivo del estudio fue elaborar un atlas de expresión génica de los distintos tipos celulares de una planta a lo largo del día, para entender mejor cómo funciona el reloj circadiano en diferentes tipos celulares.
Se identificaron cerca de 3.000 genes que siguen patrones rítmicos de funcionamiento dependiendo del tipo celular, lo que sugiere un alto grado de regulación específica de tejido en el sistema circadiano vegetal.
Este conocimiento podría dar lugar a una nueva forma de agricultura llamada cronocultura, donde se sincronizarían prácticas como el riego y la aplicación de fertilizantes con los momentos del día en que las plantas los aprovechan mejor.
Se utilizó una técnica avanzada llamada secuenciación de ARN de núcleos individuales, que permitió analizar la expresión de todos los genes en más de 200.000 núcleos de células vegetales individuales recolectados durante un periodo específico.
El estudio fue realizado por un equipo internacional con participación del Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (IBMCP), un centro mixto del CSIC y la Universitat Politècnica de València (UPV), junto con varias instituciones científicas chinas.