Traducido por el equipo de Sott.net

Las plantas utilizan diversos mecanismos para comunicarse con otros organismos, incluso entre sí.
Arabidopsis
© PEGGY GREB, USDA ARS
Flores de Arabidopsis thaliana: Un estudio descubre que las plantas que comparten el mismo medio de crecimiento pueden intercambiar microARN que silencian genes en el receptor, lo que sugiere que los ácidos nucleicos pueden actuar como moléculas de señalización.

Los compuestos volátiles pueden señalar la floración y atraer a los polinizadores, por ejemplo, y las redes de hongos micorrícicos pueden transmitir avisos o transferir recursos. Los ARN pequeños están en esa lista de moléculas de comunicación
, y nuevos hallazgos confirman su potencial: según un artículo publicado el 14 de octubre en Nature Plants, la planta Arabidopsis thaliana segrega microARN (miARN), un tipo de ARN pequeño de una sola hebra, en su medio de crecimiento líquido. Los individuos cercanos absorben entonces estos ARN, que alteran sus patrones de expresión génica uniéndose a los ARN mensajeros e impidiendo que ciertos genes se traduzcan en proteínas (un proceso conocido como ARN de interferencia).

Hailing Jin, genetista molecular de plantas de la Universidad de California en Riverside, que no participó en el estudio, dice que es emocionante ver que las plantas pueden captar microARN del medio ambiente, incluidos los "secretados por otras plantas a través de las raíces".

Que los pequeños ARN puedan intercambiarse entre distintos organismos no es algo nuevo. Además de su papel como reguladores de la expresión génica dentro de un individuo, como parte del desarrollo o en respuesta al estrés, en los últimos años se les ha implicado en la defensa contra los patógenos. Por ejemplo, las células de Arabidopsis infectadas por el hongo patógeno Botrytis cinerea secretan pequeños ARN empaquetados en vesículas extracelulares que, cuando se introducen en su atacante, inhiben su virulencia. Las plantas también son capaces de captar moléculas de ARN pulverizadas dirigidas a los genes de los patógenos. Los recientes hallazgos son la primera prueba de que las plantas absorben el ARN secretado por otras plantas en el medio ambiente.

"Los resultados fueron totalmente inesperados", escribe Pierdomenico Perata, fisiólogo vegetal de la Escuela de Estudios Avanzados Sant'Anna de Pisa (Italia) y coautor del estudio, en un correo electrónico enviado a The Scientist. Dada la reputación de los ARN como moléculas "altamente inestables" fuera de una célula, escribe que su equipo "esperaba que los miARN fueran incompatibles con un entorno no estéril como el medio de crecimiento".

Perata relata que su equipo estaba trabajando "en un tema totalmente ajeno", explorando el papel del ARN de interferencia bajo una disponibilidad limitada de oxígeno, y fue con ese propósito que cultivaron hidropónicamente plantas de Arabidopsis diseñadas para producir grandes cantidades de miARN específicos. Como sólo querían que produjeran semillas, añade, los investigadores "no se preocuparon de colocar diferentes líneas de plantas en bandejas separadas". Pero entonces se dieron cuenta de que las plantas de tipo salvaje que compartían la solución hidropónica de las mutadas tenían fenotipos diferentes a los esperados; por ejemplo, las que crecían junto a las mutadas que sobreexpresaban miARN dirigidos a genes del desarrollo tenían su propio tiempo de floración alterado. Según Perata, fue entonces cuando él y sus colegas se preguntaron "si los miARN podían liberarse en el medio de crecimiento líquido, afectando así al fenotipo de las plantas de tipo salvaje".

Los investigadores probaron la solución hidropónica, y he aquí que detectaron miRNA. Estos miARN estaban presentes independientemente de si las plantas que crecían en la solución eran de tipo salvaje o mutadas para sobreexpresarlos, aunque se detectaron más ARN en la solución de las mutadas. Además, el cultivo de ambas líneas en la misma solución dio lugar a plantas de tipo salvaje con niveles de expresión notablemente inferiores de los genes a los que se dirigían las moléculas de miARN potenciadas de las mutadas. La aplicación de miARN extraídos de las mutadas o de equivalentes sintetizadas químicamente también redujo la expresión de los genes.

¿Por qué necesita una planta afectar a la expresión génica de otra? Una posibilidad, postula Perata, es que "compartir información mediante el intercambio de ARN permitiría a las plantas que experimentan un estrés advertir a las plantas cercanas, aún no afectadas por el estrés". La competencia podría ser otra explicación, escribe; por ejemplo, si una planta que libera miARN "pudiera inhibir funciones fisiológicas en una planta cercana", podría obtener "una ventaja competitiva por el uso de recursos".

Una pregunta sin respuesta es cómo las plantas toman estas diminutas moléculas del entorno. Trabajos anteriores que estudiaban el intercambio de ARN entre plantas y patógenos sugieren que los exosomas, un tipo de vesículas que pueden actuar como vehículos de entrega, podrían estar implicados en el proceso. Sin embargo, los investigadores descubrieron que la aplicación de miARN extraídos, presumiblemente desnudos o de ARN sintéticos, tenía un efecto en la expresión génica, lo que sugiere que los exosomas no son necesarios para la captación.

Hui-Shan Guo, microbióloga de plantas del Instituto de Microbiología de la Academia de Ciencias de China, afirma que las pruebas del estudio sobre la captación de ARN desnudo confirman los informes anteriores sobre el silenciamiento de genes a través de ARN pulverizado. Sugiere en un correo electrónico a The Scientist que, al igual que con los nutrientes, las plantas podrían asimilar activamente pequeños ARN del entorno. Pero a diferencia de las sustancias que se sabe que importan las plantas, las moléculas de ARN desnudo "se creían inestables", dice, por lo que "la captación de ARN se ignoraba o subestimaba".

Jin está de acuerdo en que las pruebas del artículo apoyan la hipótesis de que las plantas pueden captar miARN desnudos, pero dice que se pregunta si su secreción sigue produciéndose a través de los exosomas de las raíces, una cuestión que los autores no exploraron. Añade que también sospecha que estas vesículas podrían proteger los miARN, ayudando a las plantas a lograr una captación más eficiente. De lo contrario, las moléculas podrían degradarse más fácilmente en el suelo y en el medio ambiente, especula.

Guo señala que, dado que este mecanismo sólo se ha explorado en plantas cultivadas hidropónicamente, aún no está claro "si las plántulas que crecen en el suelo... tendrían efectos sobre la regulación de la expresión génica en las plantas [cercanas]", algo que podrían examinar futuros estudios.

Jin añade que estos nuevos hallazgos abren un montón de nuevas preguntas, y que es probable que haya mucho más que aprender sobre el papel del ARN en la comunicación de las plantas. Lo que sabemos actualmente es sólo la "punta del iceberg", concluye.