Control del crecimiento y desarrollo de las plantas por la luz : funciones fotoperceptivas y mecanismos de acción del fitocromo A - Yanovsky, Marcelo Javier (1999)
La luz es un factor ambiental crítico para el crecimiento y desarrollo de las plantas. Provee no solo laenergía lumínica necesaria para el proceso fotosíntético, sino también señales informativas que las plantasutilizan para coordinar su crecimiento y desarrollo con el ambiente circundante. La percepción de lasseñales lumínicas esta mediada por fotorreceptores específicos como los fitocromos. Estos son unapequeña familia de proteínas codificada por cinco genes en Arabidopsis thaliana, FITOCROMO A-E (PHY A-E). El objetivo de esta tesis es dilucidar las funciones sensoriales y los mecanismos de acción de uno de losfitocromos más abundantes, el fitocromo A (phy A). Las funciones fotosensorias del phy A en condiciones naturales de radiación fueron investigadascomparando el comportamiento de plantas con niveles normales de phy A y de plantas mutantes y/otransgénicas con niveles incrementados o reducidos de este fotorreceptor. De los experimentos se puedeconcluir que el phy A actúa como un sensor de cambios en la irradiancia. En plantas etioladas el phy A esel único fotorreceptor que permite a las plantas distinguir la transición entre la oscuridad reinante bajo lasuperficie del suelo y la escasa luz presente bajo canopeos muy densos. Los cambios morfológicos yfisiológicos desencadenados por el phy A en respuesta a la percepción de dicho cambio en el ambientelumínico incrementan notablemente la supervivencia de las plantas emergidas en tales condiciones. Elphy A, además, está involucrado en la percepción de los cambios en el ambiente lumínico producidos porla presencia de plantas vecinas: percibe directamente la disminución de la cantidad de luz roja (R) y rojolejana (RL) que se produce por el sombreado y modula, indirectamente, la sensibilidad a reducciones de larelación R/RL que se producen por la relexión selectiva de RL en las hojas de plantas vecinas. Estasacciones del phy A conducen finalmente a un incremento en la tasa de alargamiento del tallo quedisminuyen el riesgo de sombreado. En plantas verdes el phy A también está involucrado en la percepciónde las transiciones cotidianas oscuridad/luz que se producen al amanacer. En respuesta a la percepción dedicha señal el phyA sincroniza al reloj endógeno que controla el movimiento de las hojas y probablementela actividad de numerosos procesos vitales en las plantas. El phy A actúa a través de dos modos de acción, el VLFR (por Very Low Fluence Responses) que sesatura con muy bajos flujos de luz, y el HIR (por High Irradiance Responses) que se satura con altasirradiancias de RL. Aquí presento evidencias genéticas que indican que 1aacción del phy A en el VLFR yel HIR involucra dos mecanismos moleculares diferentes. Por un lado se identificaron dos loci, vlf1 (en elcromosoma 2) y vlf2 (en el cromosoma 5), polimórficos entre los ecotipos Landsberg erecta y Columbiade Arabidopsis thaliana, que afectan las respuestas VLFR pero no las HIR. También se caracterizaron lasrespuestas VLFR y HIR en dos mutantes de transducción de señales del phy A previamente identificados yse observó que uno de ellos, el fhy1, afectaba de manera similar las respuestas VLFR y HIR mientras queel otro, el fhy3, afectaba mucho más las respuestas HIR que las VLFR. En conjunto, estos resultadossugieren que el phy A desencadena las respuestas VLFR y HIR a través de dos vías de transducción deseñales diferentes que poseen algunos elementos en común. Por otro lado, utilizando una estrategianovedosa de búsqueda, se identificaron dos mutantes débiles de phy A, denominadas phy A-301 y phy A-302,que afectaban mucho más las respuestas HIR que las VLFR. Tanto la mutante phy A-301 como lamutante phy A-302 presentaron niveles reducidos de phy A en ensayos de inmunodetección. Lasecuenciación del gen PH YAen el mutante phy A-301, reveló una mutación que da lugar a una proteínatruncada que carece de 142 aa del extremo C-terminal. La secuenciación del gen PHYA en el mutantephyA-302 reveló una mutación puntual que convierte el glutamato 778 en lisina. Esta mutación seencuentra en una región previamente descripta como importante para la actividad regulatoria de losfitocromos. Estos resultados indican que las respuestas a muy bajos flujos, es decir las VLFR, y lasrespuestas a altas irradiancias, es decir las HIR, se diferenciarían en los niveles de phyA y/o en losdominios de ésta molécula necesarios para inducir cada una de las respuestas. En resúmen, hemos demostrado que el phyA está involucrado en la percepción de diferentes cambiosen el ambiente lumínico durante distintas etapas del ciclo de vida de las plantas y hemos encontradoevidencias genéticas que indican que el phyA actuaría a través de dos vías de transduccíón de señalesdistintas, una inducida en respuesta a muy bajos flujos de luz y otra inducida en respuesta a altasirradiancias.