Un equipo de investigación multidisciplinar, liderado por la bióloga del CSIC en el CRAG, Ana I. Caño Delgado y la física de la Universidad de Barcelona, Marta Ibañes, ha descubierto que dos proteínas de las células madre de las plantas, conocidas por su papel en el correcto desarrollo de la raíz, interaccionan físicamente y se regulan la una a la otra para evitar la división celular.
El trabajo, resultado de quince años de investigación continuada por las dos investigadoras, desvela que estas dos proteínas, llamadas BRAVO y WOX5, actúan de manera específica en un pequeño grupo de células madre, y que su interacción es clave para la supervivencia de la planta ante factores de estrés genómico y ambiental, como el frío o el calor extremos, o las inundaciones. Los resultados, obtenidos con la planta modelo Arabidopsis thaliana, se han publicado recientemente en la revista de alto impacto Molecular Systems Biology.
Al igual que las dos proteínas BRAVO y WOX5 se necesitan mutuamente para ejercer su función correctamente, este descubrimiento no hubiese sido posible sin la unión de los conocimientos y las disciplinas académicas aportadas por los equipos de las dos científicas: la bioquímica, la genética y la biología celular, por un lado, y la modelización matemática por el otro.
“Trabajos previos nuestros y de otros equipos habían demostrado que la pérdida de una u otra proteína, BRAVO o WOX5, produce la división de las células madre de la raíz, sin embargo, no se entendía su conexión molecular”, explica Ana I. Caño Delgado. “En general las regulaciones génicas involucran una complejidad que muchas veces resulta poco intuitiva, y que sólo son abarcables a través de modelos matemáticos y simulaciones por ordenador. Los modelos matemáticos que hemos creado han podido dar sentido a la gran cantidad de datos recopilados por el equipo del CRAG”, añade Marta Ibañes, investigadora del Instituto de Sistemas Complejos de la UB.
Los modelos matemáticos creados permitirán ahora experimentar de manera virtual, creando situaciones hipotéticas que puedan darse en las células madre de la raíz, como el efecto de aplicar hormonas o las respuestas en situaciones de estrés.
EL CENTRO QUIESCENTE: UN SEGURO DE CÉLULAS MADRE
Las plantas tienen un conjunto de células madre en el extremo de la raíz primaria, que les confieren la capacidad de crecer indefinidamente. La mayoría de estas células se dividen rápidamente, dando lugar a otras células madre y a las distintas células que conforman los tejidos de la raíz, como la epidermis o el tejido vascular. Sin embargo, en una de las puntas de este nicho se encuentran unas pocas células madre que se dividen mucho más lentamente, razón por la cual, la zona que ocupan es denominada centro quiescente (en reposo).
Cada vez que una célula duplica su material genético para dividirse corre el riesgo de incorporar errores, mutaciones que pueden tener consecuencias negativas para el organismo. Así, las células madre del centro quiescente representan un seguro, un reservorio de células genéticamente seguras. En caso necesario, estas células pueden “despertar” y dividirse para rellenar el nicho de células madre.
Es justamente en estas pocas células del centro quiescente, donde las proteínas BRAVO y WOX5 ejercen su importante función, reprimiendo la división de las células. “Generamos plantas de arabidopsis con los genes BRAVO y WOX5 mutados simultáneamente y observamos que tenían menos capacidad de regenerar las raíces, que eran más cortas y menos abundantes”, explica Isabel Betegón-Putze, primera firmante del artículo, que hizo estos experimentos durante su tesis doctoral.
En situaciones de estrés severo o prolongado, se producen dos tipos de respuestas en el nicho de células madre: la muerte de las células que se dividen rápidamente, y la activación de las células del centro quiescente. Así, por ejemplo, las células del centro quiescente se activan después de que se produzca un corte en el casquete de la raíz, o tras la congelación o intoxicación de esta por plomo, para reemplazar las células madre muertas y seguir garantizando el crecimiento y correcto desarrollo de la raíz que, a su vez, garantiza la nutrición y el sustento de la planta.
Entender los mecanismos moleculares que regulan estos procesos es clave para poder obtener cultivos más resilientes, especialmente en la situación actual, con climas cada vez más extremos.
UNA EXTRAORDINARIA FUENTE DE JUVENTUD
Las plantas, a diferencia de los animales, pueden formar nuevos órganos (hojas, flores, etc.) en la edad adulta y además crecen a lo largo de toda la vida (¡que puede ser de más de 2.000 años!). Las células madre de animales y plantas parecen utilizar estrategias similares para resolver problemas biológicos similares, sin embargo, los procesos moleculares que los regulan parecen ser distintos. Entender estas diferencias puede ser muy beneficioso para diseñar estrategias útiles en medicina y cosmética, que frenen el envejecimiento celular y promuevan la regeneración de tejidos dañados. Este estudio y otros liderados por Ana I. Caño-Delgado son un paso más hacia esta dirección.
