Control del crecimiento y desarrollo de las plantas por la luz: Funciones fotoperceptivas y mecanismos de acción del fitocromo A

La luz es un factor ambiental crítico para el crecimiento y desarrollo de las plantas. Provee no solo la energía lumínica necesaria para el proceso fotosíntético, sino también señales informativas que las plantas utilizan para coordinar su crecimiento y desarrollo con el ambiente circundante. La percepción de las señales lumínicas esta mediada por fotorreceptores específicos como los fitocromos. Estos son una pequeña familia de proteínas codificada por cinco genes en Arabidopsis thaliana, FITOCROMO A-E (PHY A-E). El objetivo de esta tesis es dilucidar las funciones sensoriales y los mecanismos de acción de uno de los fitocromos más abundantes, el fitocromo A (phy A). Las funciones fotosensorias del phy A en condiciones naturales de radiación fueron investigadas comparando el comportamiento de plantas con niveles normales de phy A y de plantas mutantes y/o transgénicas con niveles incrementados o reducidos de este fotorreceptor. De los experimentos se puede concluir que el phy A actúa como un sensor de cambios en la irradiancia. En plantas etioladas el phy A es el único fotorreceptor que permite a las plantas distinguir la transición entre la oscuridad reinante bajo la superficie del suelo y la escasa luz presente bajo canopeos muy densos. Los cambios morfológicos y fisiológicos desencadenados por el phy A en respuesta a la percepción de dicho cambio en el ambiente lumínico incrementan notablemente la supervivencia de las plantas emergidas en tales condiciones. El phy A, además, está involucrado en la percepción de los cambios en el ambiente lumínico producidos por la presencia de plantas vecinas: percibe directamente la disminución de la cantidad de luz roja (R) y rojo lejana (RL) que se produce por el sombreado y modula, indirectamente, la sensibilidad a reducciones de la relación R/RL que se producen por la relexión selectiva de RL en las hojas de plantas vecinas. Estas acciones del phy A conducen finalmente a un incremento en la tasa de alargamiento del tallo que disminuyen el riesgo de sombreado. En plantas verdes el phy A también está involucrado en la percepción de las transiciones cotidianas oscuridad/luz que se producen al amanacer. En respuesta a la percepción de dicha señal el phyA sincroniza al reloj endógeno que controla el movimiento de las hojas y probablemente la actividad de numerosos procesos vitales en las plantas. El phy A actúa a través de dos modos de acción, el VLFR (por Very Low Fluence Responses) que se satura con muy bajos flujos de luz, y el HIR (por High Irradiance Responses) que se satura con altas irradiancias de RL. Aquí presento evidencias genéticas que indican que 1aacción del phy A en el VLFR y el HIR involucra dos mecanismos moleculares diferentes. Por un lado se identificaron dos loci, vlf1 (en el cromosoma 2) y vlf2 (en el cromosoma 5), polimórficos entre los ecotipos Landsberg erecta y Columbia de Arabidopsis thaliana, que afectan las respuestas VLFR pero no las HIR. También se caracterizaron las respuestas VLFR y HIR en dos mutantes de transducción de señales del phy A previamente identificados y se observó que uno de ellos, el fhy1, afectaba de manera similar las respuestas VLFR y HIR mientras que el otro, el fhy3, afectaba mucho más las respuestas HIR que las VLFR. En conjunto, estos resultados sugieren que el phy A desencadena las respuestas VLFR y HIR a través de dos vías de transducción de señales diferentes que poseen algunos elementos en común. Por otro lado, utilizando una estrategia novedosa de búsqueda, se identificaron dos mutantes débiles de phy A, denominadas phy A-301 y phy A-302, que afectaban mucho más las respuestas HIR que las VLFR. Tanto la mutante phy A-301 como la mutante phy A-302 presentaron niveles reducidos de phy A en ensayos de inmunodetección. La secuenciación del gen PH YAen el mutante phy A-301, reveló una mutación que da lugar a una proteína truncada que carece de 142 aa del extremo C-terminal. La secuenciación del gen PHYA en el mutante phyA-302 reveló una mutación puntual que convierte el glutamato 778 en lisina. Esta mutación se encuentra en una región previamente descripta como importante para la actividad regulatoria de los fitocromos. Estos resultados indican que las respuestas a muy bajos flujos, es decir las VLFR, y las respuestas a altas irradiancias, es decir las HIR, se diferenciarían en los niveles de phyA y/o en los dominios de ésta molécula necesarios para inducir cada una de las respuestas. En resúmen, hemos demostrado que el phyA está involucrado en la percepción de diferentes cambios en el ambiente lumínico durante distintas etapas del ciclo de vida de las plantas y hemos encontrado evidencias genéticas que indican que el phyA actuaría a través de dos vías de transduccíón de señales distintas, una inducida en respuesta a muy bajos flujos de luz y otra inducida en respuesta a altas irradiancias