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Acumulación de NLP7-GFP en los núcleos de las células radiculares de A. thaliana tras la adición de nitrato. © INRA, Chloé Marchive

Descubrimiento de un factor primordial para la adaptación de las plantas a la disponibilidad de nitrógeno

El nitrógeno es un elemento esencial para el crecimiento de las plantas. Como su disponibilidad en el suelo, en forma de nitrato, es variable, estas últimas utilizan mecanismos de regulación específicos para controlar su transporte y asimilación. Investigadores del centro INRA de Versalles-Grignon y de la ENS de París1 revelaron la importancia del papel que desempeña el factor de transcripción NLP7 en la respuesta primaria de las plantas al nitrato mediante un mecanismo de retención nuclear. Los resultados de la investigación se publicaron en Nature Communications el pasado 16 de abril de 2013.

Actualización: 05/07/2017
Publicación: 16/04/2013
Palabras clave: nitrógeno - adaptación

Mantener el rendimiento de los cultivos a la vez que se disminuye la aportación de nitrato en los campos es un reto que requiere un mejor conocimiento de la respuesta de las plantas a la disponibilidad de nitrógeno. Investigadores del centro INRA de Versalles-Grignon y sus homólogos de la Escuela Normal Superior (ENS) de París se interesaron en el papel desempeñado por el factor de transcripción2 NLP7 en la vía de señalización de los nitratos, que constituyen la principal fuente de nitrógeno, en la planta modelo Arabidopsis thaliana, popularmente conocida como oruga.

NLP7, factor de transcripción primordial en la respuesta de las plantas a la disponibilidad de nitrógeno

Accumulation de NLP7-GFP dans les noyaux des cellules racinaires d'A. thaliana après ajout de nitrate. Observation au microscope confocal.. © INRA, Chloé Marchive
Accumulation de NLP7-GFP dans les noyaux des cellules racinaires d'A. thaliana après ajout de nitrate. Observation au microscope confocal. © INRA, Chloé Marchive

Al combinar técnicas de tratamiento de imagen y genómica, los científicos pudieron demostrar que, según la cantidad de nitrato disponible, el factor de transcripción NLP7 no siempre se encuentra en el mismo compartimento de la célula vegetal (núcleo, citoplasma), lo que determina su actividad. Cuando existe una cantidad suficiente de nitrato disponible para la planta, el factor de transcripción se encuentra en el núcleo celular. Cuando es insuficiente, este se encuentra en el citoplasma.

Posteriormente, los investigadores revelaron que NLP7 se relaciona con más de 800 genes, cuya gran mayoría está implicada en la vía de señalización y de asimilación del nitrato. La amplia gama de genes objetivo de NLP7 es una prueba clara de la importancia del papel que desempeña en la respuesta de las plantas al nitrato. Dependiendo de los genes, esta relación provoca la activación o la inhibición de la respuesta al nitrato, y la diferencia puede deberse a otros factores de regulación que intervienen junto con NLP7. Más precisamente, se demostró que la retención de NLP7 en el núcleo ocurre muy pronto, solo algunos minutos después de la aportación de nitrato, lo que hace pensar que tiene una función reguladora previa en la respuesta de las plantas a los nitratos.

De este modo, NLP7 puede poner en marcha un programa de expresión génica que permite que la planta transforme el nitrato en nitrógeno orgánico (aminoácidos, etc.), necesario para sintetizar tanto proteínas como ácidos nucleicos, y también active el crecimiento y desarrollo de nuevos órganos.

Dos elementos para un descubrimiento inédito

Todos estos resultados revelan un descubrimiento hasta ahora inédito en las plantas: la localización del factor de transcripción NLP7 es regulada por el nitrato mediante un mecanismo de retención en el núcleo celular y dicha retención es la que controla la respuesta primaria y rápida de las plantas a los nitratos. El dispositivo permite que estas se adapten pronto a la disponibilidad del elemento y facilita, por ejemplo, una absorción rápida a partir del suelo.

Pese a que este mecanismo de ida y vuelta entre los dos compartimientos celulares ya se había observado en las plantas en el marco de relaciones con organismos patógenos o de vías de señalización en las que interviene la luz, es la primera vez que se describe de esta manera en el caso de una vía de señalización de un nutriente esencial.

En términos más generales, mientras que mantener la producción de biomasa y la calidad de las semillas, a la vez que se limita la fertilización nitrogenada, representa hoy en día uno de los mayores retos para la agricultura, el descubrimiento abre perspectivas interesantes para un mejor control de la respuesta de las plantas a la disponibilidad de nitrato.

1 Instituto Jean-Pierre Bourgin (INRA, AgroParisTech) e Instituto de Biología de la ENS (IBENS)

2 La transcripción es la primera fase del proceso que permite pasar del ADN a la proteína, es decir, del gen a su producto. Permite copiar el ADN en el ARN que, en una segunda fase, se traducirá en proteínas.

Referencias

Marchive C. et al. Nuclear retention of the transcription factor NLP7 orchestrates the early response to nitrate in plants. Nat. Commun. 16 de abril de 2013. doi: 10.1038/ncomms2650.

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Plant Biology and Breeding
Centro asociado:
Versailles-Grignon

El nitrógeno, elemento esencial para el crecimiento de las plantas

El nitrógeno desempeña un papel crucial en el metabolismo y el crecimiento de las plantas, ya que es el principal componente de las proteínas, y también de los ácidos nucleicos, que vehiculan la información genética, además de otros metabolitos secundarios

La mayoría de las plantas, que no puede utilizar el nitrógeno que se encuentra en el aire, lo obtiene principalmente en el suelo en forma de nitrato a través de las raíces. Este nitrógeno inorgánico se asimila para producir nitrógeno orgánico (presente en las moléculas que contienen carbono) que se utilizará en la producción de proteínas y ácidos nucleicos. Por esta razón, el crecimiento y el rendimiento de los cultivos a menudo quedan limitados por la disponibilidad de nitrato en el suelo. La utilización de fertilizantes nitrogenados permite incrementar considerablemente la productividad agrícola, a pesar de que puede tener a veces efectos nefastos para el medio ambiente.

El nitrógeno, además de ser un elemento esencial para fertilizar los cultivos, en forma de nitrato también desempeña un papel importante en la molécula señal de la expresión de numerosos genes, proceso para el cual hasta ahora solo se han identificado algunos elementos reguladores. Entre estos últimos figura el factor de transcripción2 NLP7, cuya expresión es constitutiva, es decir, independiente del contenido en nitrato.