Investigadores del Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (CBM, CSIC-UAM) han descubierto un mecanismo esencial para poner en marcha la respuesta de las plantas ante situaciones adversas como la sequía o la salinidad del suelo. Este mecanismo, guiado por un tipo de proteína denominado histona, detiene el crecimiento y activa genes de respuesta al estrés.

Este descubrimiento, publicado en la revistaDevelopmental Cell,aporta nuevas pistas sobre cómo las plantas reprograman la activación de sus genes frente a desafíos ambientales a través de “mecanismos epigenéticos”, que se ponen “en marcha en tiempo real”, sin necesidad de modificaciones en el ADN.

En este caso concreto las modificaciones epigenéticas se llevan a cabo a través de unas proteínas denominadas histonas, que facilitan el empaquetamiento del ADN en el núcleo celular y participan en la regulación de la expresión de los genes. Este trabajo liderado porCrisanto GutiérrezyBénédicte Desvoyes, del CBM, revela el papel protagonista de una variante de esas histonas, hasta ahora poco estudiada, denominada H3.14. Gracias a este estudio se ha podido comprobar que esta variante H3.14 se activa rápidamente y de forma transitoria en células concretas de la raíz de la plantaArabidopsis thalianadurante las primeras horas de exposición al estrés.

Arabidopsis thaliana es un modelo clásico de laboratorio en la investigación de plantas debido a su pequeño genoma, que ha sido completamente secuenciado y a su corto ciclo de vida, entre otros factores. Pertenece a la familia de la coliflor y la mostaza, pero está considerada una mala hierba. Sin embargo, ha resultado ser muy útil en el laboratorio y es una de las plantas más estudiadas desde el punto de vista genético y fisiológico. Puede considerarse el equivalente a la mosca de la fruta o a los roedores en la investigación de plantas.

“H3.14 funciona como un interruptor molecular que reorganiza la expresión del genoma en un momento crítico. Por un lado, detiene el crecimiento, y por otro, pone en marcha los genes de respuesta al estrés”, explican los responsables del estudio. La activación de esta proteína ocurre solo durante las primeras horas de la detección del efecto adverso, y exclusivamente en ciertas células de una zona concreta de la raíz, denominada zona de transición, por donde la planta percibe los cambios en el entorno.

Una regulación precisa y temporal

Mediante una combinación de análisis genéticos, técnicas de imagen avanzada, genómica y estudios de expresión génica, los investigadores observaron que las plantas que no producen esta histona H3.14 mantienen el crecimiento incluso bajo condiciones de estrés, lo que impide activar adecuadamente su respuesta a condiciones adversas. En cambio, el exceso de esta proteína produce un bloqueo permanente del crecimiento, incluso sin estrés.

A nivel molecular, el estudio revela que la incorporación de la histona H3.14 ocurre en regiones concretas del genoma conocidas como promotores y zonas finales de los genes, que indican dónde comenzar y dónde terminar de “leer” un gen. Según el estudio, la histona H3.14 actúa siguiendo tres patrones distintos: uno asociado a la activación de genes de respuesta al estrés, otro relacionado con la represión de genes que promueven el crecimiento, y un tercero implicado en el mantenimiento de funciones básicas de la planta.

Esta versatilidad permite a la histona H3.14 ejercer una regulación sobre la expresión de los genes, ajustando con precisión la respuesta de la planta a las condiciones cambiantes del entorno. “H3.14 parece actuar como un marcador que reorganiza el “paisaje epigenético” del genoma de forma muy localizada y transitoria, algo fundamental para adaptarse a condiciones cambiantes sin comprometer el desarrollo de la planta”, señalaRocío Núñez-Vázquez, primera firmante del trabajo.

Centro de control

Esta investigación refuerza además la idea de que la zona de transición de la raíz es un centro de control clave para la percepción del estrés ambiental. Es en esta región donde se concentra la expresión de la histona H3.14, y donde la planta frena el crecimiento para priorizar su supervivencia. “Comprender estos mecanismos epigenéticos es esencial para el diseño de estrategias agrícolas más sostenibles, y podría tener implicaciones en la mejora de cultivos para hacerlos más resistentes a factores estresantes como la sequía o salinidad en un contexto de cambio climático”, concluyen los investigadores.

El estudio también abre nuevas vías de investigación sobre el papel de otras variantes de histonas en la regulación de la expresión génica en plantas y su potencial aplicación biotecnológica. Y sugiere que en otras especies de plantas o de animales, incluida la especie humana, existan variantes de histonas con funciones similares a la H3.14, cuya función es aún desconocida.