Señalización ROP – Instituto Gregor Mendel de Biología Molecular de Plantas de la Academia de Ciencias de Austria
Las plantas regulan su desarrollo a través de un conjunto distinto de factores moleculares. Se sabe que las proteínas ROP, un grupo de proteínas específicas de las plantas, controlan la formación de tejido vegetal. Ahora, Hugh Mulvey y Liam Dolan de GMI muestran que las proteínas ROP evolucionaron en la transición entre la vida vegetal unicelular y multicelular. Los resultados fueron publicados el 30 de noviembre en la revista Current Biology.
Al ser inmóviles, las plantas siguen un estilo de vida completamente diferente al de nosotros, los animales. Para crecer y desarrollarse, las plantas también necesitan un conjunto distinto de actores y vías moleculares que regulen y controlen la formación de tejidos y órganos. Una de esas vías involucra a las proteínas ROP, una subfamilia de la familia de proteínas RHO GTPasa que se encuentra en la mayoría de los eucariotas. Sin embargo, la subfamilia ROP se diferencia de las proteínas que se encuentran en la familia RHO GTPasa en animales y hongos, y solo se encuentra en plantas.
En las plantas terrestres, dicen Hugh Mulvey, becario postdoctoral, y William Dolan, líder del grupo I en el anteriormente establecido Instituto Gregor Mendel (GMI) de la Academia de Ciencias de Austria, las proteínas ROP son esenciales para regular el crecimiento de tejidos tridimensionales y la formación de órganos. En su nueva publicación, Mulvey y Dolan intentaron determinar cuándo evolucionó la señalización ROP y descubrieron que esto coincide con la evolución de la multicelularidad en las plantas. «Las proteínas ROP son diferentes de las proteínas de la familia RHO GTPasa que se encuentran en animales y hongos. Sin embargo, no estaba claro cuándo evolucionó la señalización de ROP. «Preguntamos: ¿Las ROP sólo se encuentran en plantas terrestres o surgieron antes en el antepasado de las ¿Algas?¿Para plantas silvestres?
Sorprendente similitud en secuencia y función.
Para explorar el desarrollo de la ROP, los investigadores combinaron estudios de genética y complementación de genes. En primer lugar, Mulvey comparó la secuencia de la proteína ROP en plantas terrestres con secuencias encontradas en otros estreptococos, el linaje al que pertenecen las plantas terrestres. Se descubrió que la secuencia ROP era muy similar entre Marchantia, una planta terrestre típica, y las algas nodulares multicelulares Klepsoormidium y Colochite. Sin embargo, las secuencias de ROP diferían en algas estreptocócicas unicelulares y coloniales, como Mesostigma y Chlorokybus. “La secuencia de la proteína ROP resulta estar altamente conservada entre las plantas terrestres y las algas nodulares, a excepción de Mesostigma y Chlorokybus”, concluye Mulvey.
A continuación, los investigadores se preguntaron si sólo se conservaba la secuencia de proteínas o si las proteínas ROP de algas estreptocócicas multicelulares y plantas terrestres también funcionan de manera similar. Marchantia sirve como modelo ideal para los estudios complementarios necesarios para abordar esta cuestión. Estos estudios implican reemplazar una proteína eliminada de una especie con una proteína relacionada, conocida como homóloga, de otra especie. A diferencia de Arabidopsis, que tiene 11 genes ROP, Marchantia tiene solo un gen ROP. Esto permite a los investigadores examinar el gen ROP de forma aislada de Marchantia.
Para experimentos complementarios, Mulvey realizó experimentos en plantas de Marchantia que carecían de la proteína ROP nativa y presentó homólogos de ROP de tres especies de algas diferentes. Cuando se introdujo un homólogo de ROP de Coleochaete o Klebsormidium, un alga multicelular, en mutantes de Marchantia rop, crecieron como plantas que contenían la proteína Marchantia ROP original. Esto demostró que los homólogos de ROP de Coleochaete o Klebsormidium podrían funcionar en lugar de la proteína ROP de Marchantia. Sin embargo, cuando se utilizaron homólogos ROP de Chlorokybus, las plantas de Marchantia no se desarrollaron normalmente. «No sólo la secuencia ROP es similar entre las algas estreptocócicas filamentosas multicelulares y las plantas terrestres, sino también su función».
En el camino hacia el plan corporal multicelular
Al combinar estudios de filogenética y complementación genética, Mulvey y Dolan descubrieron que la señalización de ROP está ampliamente conservada en el clado de plantas del clado. «La ROP se ha conservado altamente desde el último ancestro común de las algas estreptocócicas filamentosas y las plantas terrestres», dice Dolan. «Esto coincide con el punto de evolución en el que evolucionó la multicelularidad en este linaje».
Hasta ahora, no se ha comprendido la base genética detrás de la transición de un estilo de vida unicelular a uno multicelular. La transición de una célula única a un plan corporal filamentoso multicelular requiere el desarrollo de mecanismos que limiten el crecimiento y la división celular en una dirección y mantengan las células unidas entre sí después de la división. Mulvey añade que el momento de la evolución de la señalización de ROP coincide con el punto de evolución en el que se cree que se produjo este cambio. “Dado que se sabe que las proteínas ROP en las plantas terrestres controlan el crecimiento celular polarizado y la dirección de la división celular, especulamos que la evolución de la señalización ROP en este linaje puede haber contribuido a la evolución de la multicelularidad y la transición morfológica al plan corporal multicelular. «
Árbol de especies de Archaeplastida (más Saccharomyces cerevisiae) con un gráfico de barras que muestra el número de genes RHO identificados en cada una de las 57 especies. El gráfico de barras está codificado por colores para indicar la presencia (negro) o ausencia (rojo) de dos características definitorias. de ROP, que son SYRGA y una inserción Rho de 12 aminoácidos. Los nombres abreviados de las especies utilizados en las Figuras 2 y 4 están entre paréntesis. La topología del árbol de especies se basó en Boutique et al.,16 Harris et al.,17 Lippens-Mack et al.,18 Lemieux et al.,19 y Hess et al.2 Ver también Datos S1.
RHO para la señalización de plantas se estableció temprano en la evolución de StreptococcusBiología Actual (Acceso Abierto)
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