Los azúcares como medio de comunicación dentro de las plantas

Las plantas desencadenan una serie de respuestas intracelulares que les permiten responder de manera rápida a las fluctuaciones del medio ambiente. La supervivencia de las plantas depende precisamente de estas respuestas y muchos de sus mecanismos se encuentran conservados evolutivamente entre las diferentes especies. En estos mecanismos de respuesta participan “receptores” que perciben alguna condición ambiental en particular y enseguida, generan una señal que es transmitida a través de una serie de moléculas que le permiten al organismo interpretar la señal y ser capaz de responder ante el estímulo ambiental para asegurar su supervivencia. Todos estos componentes conforman lo que se conoce como una “vía de señalización”, donde la respuesta final generalmente implica la modificación de la expresión de genes particulares.

En las plantas, la adquisición de esqueletos de carbono (azúcares) por medio de la actividad fotosintética, juega un papel central, por lo que poseen “vías de señalización” que les permiten percibir los niveles de estos compuestos en su entorno (ver figura 1). Estas rutas también tienen un papel central para regular la distribución y disponibilidad de azúcares en los distintos tejidos y órganos, durante las diferentes etapas del ciclo vital de la planta.

A pesar de la importancia de estas “vías de señalización”, nuestro conocimiento de los mecanismos moleculares involucrados todavía es limitado. Hasta el momento se han identificado respuestas, pero aún se desconocen muchos de los componentes que los conforman, así como de los mecanismos de acción. Se ha establecido,por ejemplo, que en una de estas vías participa la enzima hexocinasa, que además de su función en el metabolismo de la glucosa (que une un grupo fosfato en el carbono 6 a la glucosa) tiene un papel como “sensor” de azúcares y genera una señal que impacta finalmente en la regulación de un grupo específico de genes. Una estrategia experimental para esclarecer los componentes de las “vías de señalización” por azúcares en plantas,es estudiar la manera en que las proteínas codificadas en los genes varían ante la presencia de diferentes niveles de dichos compuestos.

Los azúcares no pueden atravesar fácilmente la membrana celular, y la estrategia que tiene una célula para internarlas de manera eficiente, es por medio de un transportador, el “Sugar Transporter Protein 1” (STP1, por sus siglas en inglés) que es una proteína embebida en la membrana, toma un compuesto del exterior, en este caso el azúcar y lo deposita en su interior. En el laboratorio se ha observado que, en presencia de azúcares en el medio de cultivo "in vitro", el nivel de expresión del gen STP1, (que codifica un transportador de monosacáridos, como la glucosa y la fructosa) se encuentra disminuido. Hasta la fecha, ninguna de las “vías de señalización” antes descritas, involucra la regulación de STP1, por lo que la investigación describe esta vía por primera vez.

Otro aspecto de nuestro estudio se enfoca en describir las regiones o secuencias de un gen que son reconocidas por las proteínas reguladoras que permiten o impiden la expresión del gen STP1. Estas secuencias nos ayudarán a entender cómo se controla la expresión del gen STP1. A partir de estos elementos, se pretende identificar todos los componentes que participan en la cascada de señalización, para establecer la participación de una nueva vía de percepción y señalización de azúcares en plantas (ver figura 2). Ya que gran parte del ciclo de vida de la planta depende de la movilización adecuada de los azúcares, la generación de este conocimiento básico, es una tarea fundamental.

Esta investigación fue publicada en el siguiente artículo científico:

Córdoba E., Aceves-Zamudio DL., Hernández-Bernal AF., Ramos-Vega M. and León P. (2015). Sugar regulation of Sugar Transporter Protein 1 (STP1) expression in Arabidopsis thaliana. Journal of Experimental Botany, vol. 66(1), págs.147-159

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