Compuesto de respuesta al estrés generalizado en animales se encuentra en plantas
ARRIBA: Plantas de tomate regadas con una solución alta en sal. El agua de la planta de la derecha se complementó con TMAO, mientras que la de la planta de la izquierda no.RAFAEL CATAL
Una molécula que se hizo famosa por su asociación con las enfermedades cardíacas humanas y la capacidad de supervivencia de los animales marinos Las condiciones de alta presión también las producen las plantas, informan los investigadores esta semana (19 de mayo) en Science Advances. Al igual que en los animales, el N-óxido de trimetilamina (TMAO) ayuda a las plantas a sobrellevar condiciones estresantes, según el estudio. Los autores ya han autorizado el descubrimiento a una empresa que está trabajando para comercializar TMAO como una forma de aumentar los rendimientos en la agricultura.
Nadie ha publicado antes que las plantas tengan TMAO en los tejidos, dice el coautor del estudio, Rafael. Catal del Centro de Investigaciones Biológicas (CIB) Margarita Salas en Madrid.
El nuevo estudio surgió de un trabajo anterior en el que Catal y sus colegas buscaron genes en la planta modelo Arabidopsis thaliana cuya expresión fue cambiada por la exposición al frío. Un gen que encontraron resultó codificar un tipo de enzima llamada monooxigenasa que contiene flavina (FMO) llamada FMOGS-OX5. En análisis posteriores, informados en el estudio actual, el equipo encontró que la expresión de varios otros genes FMO también se marca en Arabidopsis en respuesta al frío.
Se sabe que los FMO producen TMAO en animales en respuesta a una variedad de factores estresantes. Preguntándose cuál era la conexión entre los FMO y la respuesta al frío de las plantas, el equipo utilizó resonancia magnética nuclear para buscar TMAO en Arabidopsis de tipo salvaje. Lo encontraron y confirmaron su presencia con espectrometría de masas en tándem de cromatografía líquida. El equipo también verificó que FMOGS-OX5 puede generar TMAO a partir de su precursor, TMA, in vitro.
En animales, TMAO funciona como un osmolito, un tipo de molécula que las células usan para mantener las propiedades de sus líquido y evitar que las proteínas se plieguen incorrectamente cuando se enfrentan a condiciones tales como altas concentraciones de sal. Para ver si desempeña un papel similar en las plantas, Catal y sus colegas trataron las raíces de Arabidopsis con tunicamicina, un compuesto que hace que las proteínas se desplieguen, como puede ocurrir en condiciones de estrés abiótico como el frío o la falta de agua. La tunicamicina hizo que las raíces crecieran más lentamente, pero este efecto se mitigó si las raíces se cultivaron en un medio suplementado con TMAO, informan los investigadores.
Cuando los investigadores diseñaron Arabidopsis para sobreexpresar FMOGS-OX5, la planta también aumentó la expresión de otros 184 genes, muchos de los cuales se habían relacionado previamente con respuestas a factores estresantes abióticos, informan los autores. La aplicación de TMAO a plantas de tipo salvaje tuvo un efecto similar en la expresión génica, aunque no cambió el nivel de expresión de FMOGS-OX5, lo que sugiere que TMAO actúa aguas abajo de FMO para mejorar la expresión de genes de respuesta al estrés. ;
Para averiguar si el TMAO está muy extendido en las especies de plantas, el equipo también lo buscó en el tomate, el maíz, la cebada y un pariente del tabaco, y descubrió que estaba presente en todos ellos. Además, su contenido de TMAO aumentó cuando las plantas se sometieron a condiciones de poca agua, alta salinidad o bajas temperaturas (excepto la cebada, en la que el TMAO no aumentó en la prueba de alta salinidad pero sí en las otras condiciones). Rociar o regar las plantas de tomate con una solución que contiene TMAO las hizo visiblemente más saludables, con más hojas, cuando estuvieron expuestas a cada una de las tres condiciones de estrés.
Catal dice que el TMAO aplicado externamente tiene el potencial de ser una herramienta muy poderosa para la agricultura. Él y el autor principal de los artículos, Julio Salinas, también del CIB Margarita Salas, solicitaron patentes sobre el uso agrícola de TMAO, que está siendo comercializado por la empresa Plant Response. Las pruebas de campo de la empresa han tenido buenos resultados, agrega Catal.
Paul Verslues, que estudia la respuesta a la sequía de las plantas en la Academia Sinica en Taipei, Taiwán, cuestiona si el TMAO será útil en la agricultura. La protección de TMAO del plegamiento de proteínas puede ser relevante para la supervivencia de las plantas en condiciones de estrés severo, pero se desconoce si también es beneficiosa para proteger el crecimiento de las plantas bajo sequías menos severas o estrés por salinidad, escribe en un correo electrónico a The Scientist. El estrés al que los investigadores sometieron a las plantas fue demasiado duro para reflejar las condiciones agrícolas, y se necesitarían más experimentos para determinar si el TMAO también ayuda a las plantas a sobrellevar condiciones de estrés más leves.
Verslues también señala otras reservas sobre los hallazgos del estudio, incluido que Arabidopsis hecho para sobreexpresar FMOGS-OX5 tenía una mayor tolerancia al estrés que las plantas de tipo salvaje pero no acumulaba más TMAO, lo que, según él, sugiere que Los FMO también pueden producir algún otro compuesto que promueva la tolerancia al estrés además del TMAO. Además, los autores no dieron el paso de eliminar todos los genes FMO de una planta para probar si esos genes son realmente necesarios para la producción de TMAO en las plantas.
Catal argumenta que el hallazgo principal del estudio, que el TMAO existe en las plantas y tiene un papel clave en la tolerancia de las plantas al estrés abiótico, se mantiene sin probar dichos mutantes. Y dice que es probable que los FMO produzcan otros compuestos involucrados en la respuesta al estrés, pero que el artículo muestra que están involucrados en la producción de TMAO y que el TMAO mejora la tolerancia al estrés.
Aleksandra Skirycz, bióloga de plantas del Instituto Boyce Thompson que no participó en el estudio, lo llama una historia muy bien diseñada. Para ella, el aspecto realmente emocionante de este trabajo es que tienes una molécula que funcionaría como un osmolito para la protección [y] al mismo tiempo probablemente tendría otras funciones de señalización, un fenómeno que ella llama pluriempleo. Todavía no está claro cómo TMAO influye en la expresión génica, dice Catal, y esa será una vía para que el grupo siga en el futuro.
En la literatura biomédica, TMAO tiende a aparecer de manera negativa. contexto en lugar de uno positivo, ya que los altos niveles en la sangre de los pacientes se han relacionado con un riesgo elevado de coágulos de sangre. Los estudios han sugerido que los microbios intestinales descomponen la colina, un nutriente presente en altos niveles en la carne, para generar TMAO y compuestos relacionados, proporcionando un vínculo mecánico entre una dieta rica en carne y el riesgo de ataque cardíaco y accidente cerebrovascular. Catal dice que no está del todo claro qué implicaciones, si las hay, podría tener el hallazgo de TMAO en las plantas para la dieta y la salud humanas.
Corrección (24 de mayo): La versión original de este El artículo se refirió erróneamente a TMAO como una proteína y se refirió al Instituto Boyce Thompson con un nombre obsoleto. El científico lamenta los errores.