Controlar los procesos de la planta con la luz
La herramienta optogenética permite el control de la expresión génica dirigida y reversible en las plantas en presencia de luz ambiental
Un equipo de investigación de biólogos del Grupo de Excelencia CEPLAS de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU) ha logrado, junto con colegas de la Universidad de Friburgo, desarrollar una herramienta optogenética para su uso en la investigación de plantas. La herramienta puede ser utilizada para controlar los procesos de las plantas con precisión usando la luz.
La optogenética en las plantas. PULSE permite el control de la expresión génica dirigida y reversible en las plantas en presencia de luz ambiental.
Leonie-Alexa Koch, Institute of Synthetic Biology, University of Düsseldorf
La optogenética ofrece un conjunto de herramientas de investigación muy poderosas para la biología. Puede utilizarse para controlar los eventos celulares mediante interruptores sensibles a la luz, activando secciones específicas del genoma de manera selectiva. Por ejemplo, los procesos de señalización y metabólicos pueden controlarse mediante la activación selectiva con luz.
Muchas publicaciones sobre optogenética se centran en las células de los sistemas de mamíferos, levaduras y bacterias. Las investigaciones en el ámbito de las plantas son mucho menos comunes. Una de las razones de ello es la falta de interruptores ópticos adecuados que puedan utilizarse y conmutarse de manera selectiva en las células de las plantas, ya que las propias plantas necesitan luz para crecer y, por lo tanto, los interruptores estarían constantemente activos.
Un equipo que trabaja con los investigadores del HHU-CEPLAS, el Prof. Dr. Matias Zurbriggen (Instituto de Biología Sintética) y el Prof. Dr. Rüdiger Simon (Instituto de Genética del Desarrollo) ha logrado ahora, en cooperación con colegas de la Universidad de Friburgo-CIBSS y la Universidad de East Anglia-Norwich, desarrollar un conmutador optogénico personalizado para las plantas. Esta herramienta, denominada "PULSE" (Plant Usable Light-Switch Elements), es adecuada para las plantas que crecen en ciclos normales de día y noche. La iluminación dirigida con luz roja activa la expresión de los genes, mientras que la luz blanca ambiental se utiliza para invertir el proceso.
Para ello, PULSE tiene dos interruptores ópticos que responden a dos longitudes de onda diferentes. La luz roja monocromática activa el interruptor, permitiendo que un determinado gen se exprese en ese preciso momento. La luz azul de la luz del día restablece el interruptor, deteniendo así la expresión del gen. Este proceso puede repetirse cualquier número de veces. El Prof. Zurbriggen explicó la importancia del desarrollo: "PULSE" introduce las ventajas superiores de la optogenética en las plantas.
El sistema es totalmente reversible, y logra altos rangos dinámicos de expresión y resolución temporal. El control de los procesos celulares con una alta resolución espacio-temporal es clave para comprender cuantitativamente la dinámica de las redes de señalización biológica y para desarrollar aplicaciones biotecnológicas". Los investigadores de Düsseldorf aplicaron por primera vez el PULSO en una de las plantas modelo de la biología, el berro de cola (Arabidopsis thaliana). Entonces fue posible combinar esta herramienta con tecnologías basadas en CRISPR/Cas9. Por último, fueron capaces de utilizar las plantas de tabaco (Nicotiana benthamiana) y el berro de Thale para manipular las respuestas fisiológicas de las plantas, por ejemplo, su respuesta inmunológica.
El Prof. Simon comentó: "La herramienta optogenética permite programar la expresión de las propiedades deseadas en una planta. Por lo tanto, pensamos que PULSE y el conjunto de instrumentos optogénicos ampliados concebibles facilitarán en el futuro la manipulación y el estudio selectivos de los procesos biológicos de las plantas, incluidos el desarrollo, el crecimiento, la señalización hormonal y las respuestas al estrés".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Rocio Ochoa-Fernandez, Nikolaj B. Abel, Franz-Georg Wieland, Jenia Schlegel, Leonie A. Koch, J. Benjamin Miller, Raphael Engesser, Giovanni Giuriani, Simon M. Brandl, Jens Timmer, Wilfried Weber, Thomas Ott, Rüdiger Simon, Matias D. Zurbriggen; "Optogenetic control of gene expression in plants in the presence of ambient white light"; Nature Methods; (published online 29.06.2020)
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