Descobreixen un mecanisme molecular que controla el creixement i desenvolupament de les plantes

Un treball conjunt entre els equips de Miquel Coll a l’Institut de Recerca Biomèdica (IRB) i l’Institut de Biologia Molecular del CSIC, a Barcelona, i Dolf Weijers de la Universitat de Wageningen, a Holanda, revela a la revista Cell el misteri de com unes hormones de plantes, les auxines, mitjançant diversos factors de transcripció de gens, acaben per activar multitud de funcions vitals de les plantes.

Les auxines són hormones de les plantes que controlen el seu creixement i desenvolupament, és a dir, determinen com serà la seva mida i arquitectura. Entre d’altres funcions afavoreixen el creixement cel·lular, la iniciació de l’arrel, la floració i la caiguda de la flor o el creixement, desenvolupament i alentiment de la caiguda del fruit. Les auxines tenen aplicacions pràctiques, s’usen en agricultura per produir fruits sense llavors, eviten la caiguda del fruit, promouen l’arrelament o com a herbicides.

Altres aplicacions en estudi són biomèdiques, com a molècules antitumorals i per facilitar la reprogramació de cèl·lules somàtiques (les que formen els teixits) en cèl·lules mare.

L’efecte de l’auxina en les plantes ja va ser observat per Darwin el 1881 i, des de llavors, s’ha estudiat intensament. No obstant això, i a pesar de que es coneixia com i on se sintetitza dins la planta, com es transporta i sobre quins receptors actua, no s’entenia com una hormona sola era capaç de desencadenar processos tan diversos.

A nivell molecular, l’efecte de l’hormona és desbloquejar un factor de transcripció, una proteïna d’unió a ADN que, al seu torn, activa o reprimeix un grup determinat de gens. Algunes plantes tenen més de 20 factors de transcripció diferents que, per actuar,depenen de la presència d’auxina. Són els ARF (Auxin Response Factors – factors de resposta a l’auxina) que controlen l’expressió de diversos gens de la planta en funció de la tasca a exercir, creixement cel·lular, floració, iniciació de l’arrel, creixement de fulles, etcètera.

Amb l’ús del Sincrotró Alba, situat a Cerdanyola del Vallès (Barcelona), i el Sincrotró Europeu de Grenoble, l’equip de biòlegs estructurals del doctor Miquel Coll ha pogut analitzar al detall la manera d’unió a l’ADN de diferents ARF.

Els científics van preparar cristalls de complexos d’ADN i ARF obtinguts per l’equip del doctor Weijers, que van bombardejar amb raigs X d’altíssima intensitat al sincrotró per resoldre’n l’estructura atòmica. La resolució de cinc estructures 3D ha permès entendre per què un factor de transcripció determinat és capaç d’activar només un grup de gens determinat, mentre que altres ARF, molts semblants però lleugerament diferents, poden activar un altre grup diferent de gens.

“Cada ARF reconeix i s’adapta a una seqüència particular d’ADN per mitjà de dos braços o motius d’unió a l’ADN que tenen forma de barril i aquesta adaptació és diferent per a cada ARF”, explica Roeland Boer, investigador postdoctoral al grup de Miquel Coll a l’IRB, i primer autor de l’article.

La forma d’unió dels ARF a l’ADN no s’ha descrit mai en bacteris ni animals. “Sembla ser exclusiva del món vegetal però no podem descartar que es trobi en un altre regne. La nostre troballa és de rellevància global perquè hem entès l’acció última sobre l’ADN, és a dir sobre els gens, de l’hormona que controla el desenvolupament de les plantes, a més d’aportar coneixement nou en biologia molecular bàsica”, explica Miquel Coll.

Article de referència:
Structural basis for DNA binding specificity by the auxin-dependent ARF transcription factors
D. Roeland Boer, Alejandra Freire-Rios, Willy van den Berg, Terrens Saaki, Iain W. Manfield, Stefan Kepinski, Irene López-Vidrieo, Jose Manuel Franco, Sacco C. de Vries, Roberto Solano, Dolf Weijers, and Miquel Coll
Cell (2014) 156, 577-589 http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2013.12.027