Investigadores del INIA-CSIC analizan la respuesta a nitrato en la planta modelo Arabidopsis

El estudio, recientemente publicado en la revista PNAS, además amplía el conocimiento sobre la regulación de la respuesta a nitrato en plantas y sobre los mecanismos de regulación en los distintos tipos celulares de la raíz y su relación con los procesos de señalización mediados por la fitohormona ABA (ácido abscísico).

El nitrato es un nutriente esencial para las plantas y a la vez una molécula señalizadora muy potente que modula múltiples aspectos del crecimiento y del desarrollo de las plantas, entre los que cabe destacar el desarrollo de la raíz. Sin embargo, los mecanismos y los genes que controlan las respuestas a nitrato en los distintos tipos celulares de la raíz siguen siendo en gran medida desconocidos.

Para obtener información sobre los eventos de señalización temprana que ocurren a nivel celular en respuesta al nitrato en las raíces, se analizaron los cambios en el transcriptoma en cinco tipos celulares principales de la raíz: epidermis, cortex, endodermis, periciclo y estela, a distintos tiempos después de un tratamiento con nitrato (12-120 min). Se utilizaron distintas líneas de Arabidopsis que expresan el gen delator GFP de forma específica en cada uno de los tipos celulares mencionados y se purificaron mediante Citometría de flujo y clasificación de células activadas por fluorescencia (FACS). 

Los resultados obtenidos indican que los genes que responden a nitrato y los procesos biológicos implicados se regulan coordinadamente en el tiempo, se inician en las capas de tejido más externas y se propagan a las capas de tejido más internas de la raíz.

La integración de los datos de los datos obtenidos ha permitido establecer un nuevo modelo de regulación genética en el que la endodermis es el centro regulador clave de las respuestas a nitrato y se han identificado los factores de transcripción ABF2 y ABF3, relacionados con las respuestas a ABA, como reguladores centrales de las respuestas endodérmicas a nitrato. Además, combinando distintos tipos de análisis moleculares para el estudio de las interacciones factor regulador-gen diana (ensayos de 1-híbrido de levadura, ChIP-Seq y TARGET TF) se ha comprobado que los factores ABF2 y ABF3 controlan la expresión del 59 % de los genes que responden a nitrato en la endodermis. Así mismo, análisis fenotípicos de plantas mutantes para abf2 y abf3 han permitido demostrar que estas líneas presentan alteradas las repuestas de la raíz a nitrato comparadas con los controles (WT), con una densidad de raíces laterales menor. En conjunto, estos resultados indican que ABF2 y ABF3 son factores reguladores clave de la respuesta temprana a nitrato implicado en la modulación de la arquitectura del sistema radicular.

Se trata de un ejemplo de investigación colaborativa en el que han participado científicos de distintos laboratorios de la Pontificia Universidad Católica y Mayor de Chile (Orlando Contreras-López, Elena A. Vidal, Eleodoro Riveras, José M. Álvarez, Tomás C. Moyano y Rodrigo Gutierrez), Universidades de Duke y Nueva York (Erin E. Sparks, Angelo Pasquino, Philip N. Benfey y Gloria M. Coruzzi) y del INIA-CSIC (Joaquín Medina). Este esfuerzo cooperativo ofrece una resolución espacio-temporal sin precedentes de la respuesta de la raíz al nitrato e identifica nuevos componentes importantes de redes reguladoras específicas del tipo celular.