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Científicos argentinos realizaron un hallazgo clave sobre el proceso de fotosíntesis

Esta investigación, realizada por su equipo del Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias (IFIByNE) dependiente del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (Conicet) y la Universidad de Buenos Aires (UBA), fue publicada hoy en la revista Science.

El paper, destacado por la prestigiosa publicación científica, lleva las firmas de sus primeros autores Ezequiel Petrillo, quien se encuentra realizando un postdoctorado en Max F. Perutz Laboratories de la Universidad de Viena, Austria, y la becaria de doctorado Micaela Godoy Herz del IFIByNE.

Al respecto, el titular de la cartera de Ciencia aseguró que “en una década se ha multiplicado por cien la cantidad de publicaciones de argentinos en revistas científicas de primer nivel”.

Señaló que “antes para que un investigador publicara tenía que ir a trabajar a otro país o hacer una cooperación con institutos de investigación extranjeros”. Para finalizar, el ministro Barañao expresó que “afortunadamente podemos mostrar que la ciencia íntegramente realizada en Argentina es altamente competitiva”.

This research , conducted by the team at the Institute of Physiology , Molecular Biology and Neuroscience ( IFIBYNE ) of the National Council for Scientific and Technical Research ( CONICET ) and the Universidad de Buenos Aires (UBA ) , was published today in the journal Science.

The paper highlighted by the prestigious scientific journal , bears the signatures of their first authors Ezequiel Petrillo , who is on a postdoc at Max F. Perutz Laboratories , University of Vienna, Austria, and doctoral Fellow Michelle Godoy Herz IFIBYNE .

In this regard, the head of the ministry of Science said that " in a decade has increased the amount of one hundred publications in scientific journals Argentine first class ."

He noted that " prior to a published researcher had to go to work in another country or make a cooperation with foreign research institutes ." Finally, Barañao Minister said that " fortunately we show that science entirely made ​​in Argentina is highly competitive ."

El descubrimiento

La fotosíntesis, el proceso a través del cual las células de las plantas y algas transforman sustancias inorgánicas en orgánicas a través del uso de energía luminosa, es un mecanismo que fue descripto en profundidad a partir del siglo XIX.

Sin embargo, hasta ahora se desconocía que la fotosíntesis también sensa la luz para controlar al núcleo de la célula vegetal y regular cuántas proteínas distintas puede fabricar cada uno de sus genes, en respuesta a diferentes condiciones de luz/oscuridad.

Los investigadores demostraron que este sensor que manda la señal al núcleo es el cloroplasto, la organela encargada de la fotosíntesis. “Al ser iluminadas, las plantas cambian el splicing alternativo de diversos genes respecto de lo que ocurre en oscuridad”, comenta Alberto Kornblihtt, investigador superior del Conicet en el Ifibyne, profesor en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (FCEyN-UBA) y director del estudio.

Frente a las variaciones en la intensidad de la luz, el cloroplasto envía una señal al núcleo de la célula, que modifica el splicing alternativo de un gen y desencadena una serie de respuestas en la planta.

El splicing alternativo es el mecanismo por el cual se pueden obtener distintas proteínas a partir de un mismo gen a través del corte y pegado selectivo de secciones del Ácido ribonucleico (ARN) mensajero, que es el “molde” de la información contenida dentro del gen.

El equipo descubrió que la señal generada por el cloroplasto afecta las proporciones de los tres ARN mensajeros (ARNm1, ARNm2 y ARNm3) obtenidos a partir del splicing alternativo de un gen en particular. Mientras que las formas 2 y 3 son retenidas en el núcleo, el ARNm1 pasa al citoplasma de la célula, donde es traducido a la proteína At-RS31.

Justamente, la señal que envía el cloroplasto al núcleo aumenta la proporción del ARNm1 y por lo tanto de la proteína. Esta señal deja de enviarse durante grandes períodos de oscuridad o de baja intensidad lumínica, y como resultado las plantas sufren cambios importantes: son más pequeñas, amarillentas y en ellas la clorofila se degrada más rápidamente.

“Es decir que son menos resistentes a condiciones adversas”, comenta Ezequiel Petrillo, primer autor del estudio.

Si bien los investigadores continúan estudiando sobre qué mecanismos celulares actúa At-RS31, sí se conoce que esta proteína es un factor de splicing, es decir que actúa y modifica el splicing alternativo de otros genes.

“Esta regulación es importante para la planta, ya que si se interrumpe este proceso tiene serias dificultades para crecer y desarrollarse bien; no en ciclos normales, sino en situaciones extremas ya sea de luz u oscuridad prolongadas”, analiza Kornblihtt.

Pero además durante el estudio los investigadores demostraron que la señal emitida por el cloroplasto puede viajar desde las hojas hasta las raíces, cuyas células no tienen esta organela, y modificar el splicing alternativo que ocurre en sus núcleos.

“La señal generada por el cloroplasto en respuesta a la luz en las hojas es capaz de comunicarle a los tejidos no fotosintéticos -como la raíz- la misma información, gatillando cambios similares en la expresión génica de estos tejidos distantes”, detalla Petrillo.

Entre el 2003 y el 2011, el equipo de investigación recibió subsidios de la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica, dependiente de la cartera de Ciencia, por un total de $3.462.548. También recibieron aportes del CONICET, la Universidad de Buenos Aires, el Howard Hughes Medical Institute y la Red Europea de Splicing Alternativo (EURASNET).

Historia evolutiva

Kornblihtt explica que los cloroplastos eran originariamente bacterias fotosintéticas y que hace aproximadamente 1.500 millones de años fueron incorporados a otras células ya existentes, con las cuales establecieron una relación simbiótica.

Hasta ahora se conocía que el cloroplasto provee a la célula la capacidad de hacer fotosíntesis; sin embargo la descripción de su rol como sensor de la intensidad de luz y su regulación del splicing alternativo de genes abre la puerta a investigaciones futuras.

“Ya no basta con saber qué genes están prendidos o apagados en células animales y vegetales”, enfatiza Kornblihtt, “en el caso de aquellos que están encendidos, hay que conocer qué variante de la proteína producen y en qué condiciones para poder determinar su rol”.

Autores de la investigación

- Ezequiel Petrillo. Instituto Max F. Perutz, Universidad Médica de Viena. Austria. - Micaela A. Godoy Herz. Becaria doctoral. IFIBYNE. - Armin Fuchs. Instituto Max F. Perutz, Universidad Médica de Viena. Austria. - Dominik Reifer. Instituto Max F. Perutz, Universidad Médica de Viena. Austria. - John Fuller. Instituto James Hutton, Invergowrie. Universidad de Dundee. Escocia. - Marcelo J. Yanovsky. Investigador independiente. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. - Craig Simpson. Instituto James Hutton, Invergowrie. Universidad de Dundee. Escocia. - John W. S. Brown. Instituto James Hutton, Invergowrie. Universidad de Dundee. Escocia. - Andrea Barta. Instituto Max F. Perutz, Universidad Médica de Viena. Austria. - Maria Kalyna. Instituto Max F. Perutz, Universidad Médica de Viena. Austria. - Alberto R. Kornblihtt. Investigador superior. IFIBYNE.

Prensa Argentina

discovery

Photosynthesis , the process by which cells transformed plants and algae in organic inorganic substances through the use of light energy , is a mechanism was described in depth from the nineteenth century .

However, until now it was not known that photosynthesis also senses the light to control the plant cell nucleus and regulate many different proteins can make each of its genes in response to different conditions of light / dark .

The researchers showed that this sensor that sends the signal to the nucleus is the chloroplast, the organelle responsible for photosynthesis. " When lit , plants change the alternative splicing of many genes compared to what happens in the dark ," says Alberto Kornblihtt , senior researcher at CONICET IFIBYNE , professor at the Faculty of Natural Sciences ( FCEyN -UBA ) and study director .

For variations in the intensity of light , the chloroplast signals the cell nucleus amending alternative splicing of a gene and triggers a series of responses in the plant.

The alternative splicing is the mechanism by which different proteins may be obtained from a single gene through selective cutting and adhering sections of ribonucleic acid ( RNA ) messenger , that is the " cast " of the information contained within the gene .

The team found that the signal generated by the chloroplast affects the proportions of the three mRNAs ( ARNm1 , ARNm2 and ARNm3 ) obtained from alternative splicing of a particular gene . While the forms 2 and 3 are retained in the nucleus, passes to ARNm1 cell cytoplasm where it is translated into protein At- RS31 .

Precisely, the signal from the chloroplast to the proportion of the core and therefore ARNm1 protein . This signal is no longer sent over long periods of darkness or low light intensity, and as a result the plants are major changes : they are small , yellowish and chlorophyll in them degrades rapidly .

" I mean they are less resistant to adverse conditions ," said Ezequiel Petrillo , first author of the study.

While researchers continue to study how cellular mechanisms acting on At- RS31 , it is known that this protein is a splicing factor , ie acting and modifies alternative splicing of other genes.

"This regulation is important for the plant, because if this process is interrupted has serious difficulties to grow and thrive ; not in normal cycles , but in extreme situations either light or prolonged darkness "analyzes Kornblihtt .

But also during the study the researchers showed that the signal emitted by the chloroplast can travel from the leaves to the roots, whose cells do not have this organelle , and modify the alternative splicing occurs in their nuclei.

" The signal generated by the chloroplast in response to light in the leaves is able to communicate to non - photosynthetic tissues such as the root - the same information, triggering similar changes in gene expression of these distant tissues ," explains Petrillo .

Between 2003 and 2011, the research team received grants from the National Agency for Science and Technology , under the ministry of Science , for a total of $ 3,462,548 . They also received contributions from CONICET , University of Buenos Aires , the Howard Hughes Medical Institute and the European Alternative Splicing Network ( EURASNET ) .

evolutionary history

Kornblihtt explains that chloroplasts were originally photosynthetic bacteria and about 1,500 million years ago were incorporated into other existing cells, which established a symbiotic relationship.

Until now it was known that the chloroplast to the cell provides the ability to do photosynthesis ; however the description of his role as a sensor of light intensity and regulation of alternative splicing of genes opens the door to future research.

"It's not enough to know what genes are turned on or off in animal and plant cells ," emphasizes Kornblihtt , " in the case of those who are on, you have to know which variant of the protein produced and under what conditions to determine their role " .

Authors of research

- Ezequiel Petrillo . Max F. Perutz Institute , Medical University of Vienna. Austria . - Michele A. Godoy Herz . Doctoral Fellow . IFIBYNE . - Armin Fuchs . Max F. Perutz Institute , Medical University of Vienna. Austria . - Dominik Reifer . Max F. Perutz Institute , Medical University of Vienna. Austria . - John Fuller. James Hutton Institute , Invergowrie . University of Dundee. Scotland . - Marcelo J. Yanovsky . Independent researcher . Institute of Biochemical Research in Buenos Aires . Leloir Institute Foundation . - Craig Simpson. James Hutton Institute , Invergowrie . University of Dundee. Scotland . - John W. S. Brown. James Hutton Institute , Invergowrie . University of Dundee. Scotland . - Andrea Barta . Max F. Perutz Institute , Medical University of Vienna. Austria . - Maria Kalyna . Max F. Perutz Institute , Medical University of Vienna. Austria . - Alberto R. Kornblihtt . Senior Research Fellow . IFIBYNE .

Prensa Argentina

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