En un estudio publicado en el Annals of Botany, los investigadores han profundizado en el funcionamiento interno de la drosera de hoja de lanza, drosera adelae, una planta carnívora conocida por su órgano trampa y sistema digestivo únicos. La investigación, realizada por Meng Yu y colegas en Japón, descubrió nueva información sobre una enzima especializada llamada nucleasa tipo S1 (DAN1) en el fluido digestivo de la planta. Los hallazgos revelan información sobre la expresión génica, las características estructurales y las adaptaciones evolutivas de esta enzima, que desempeñan un papel crucial en la capacidad de la planta para absorber los nutrientes de sus presas.
Las plantas carnívoras, como la drosera de hoja de lanza, han evolucionado para atrapar y digerir insectos y otros animales pequeños para complementar su ingesta de nutrientes, particularmente en ambientes pobres en nutrientes. Estas plantas secretan fluidos digestivos que contienen varias enzimas, que descomponen la presa en compuestos más simples. Si bien los estudios anteriores se han centrado en otras enzimas presentes en los fluidos digestivos de estas plantas, se han realizado pocas investigaciones sobre las nucleasas, enzimas que ayudan a descomponer los ácidos nucleicos como el ADN y el ARN.
En este estudio, Yu y sus colegas se centraron en la enzima DAN1, una nucleasa de tipo S1, que se encuentra en el líquido digestivo de drosera adelae. Su objetivo era comprender su expresión génica, sus características estructurales, funcionales y evolutivas, así como su papel en el órgano trampa único de la planta y la regulación epigenética asociada. La regulación epigenética se refiere a los cambios en la actividad de los genes que no implican alteraciones en la secuencia de ADN subyacente, pero que aún pueden transmitirse de generación en generación.
El equipo usó PCR en tiempo real para examinar la expresión específica de órgano del Dan1 gen en la drosera lanceolada, incluidos los tentáculos glandulares, las láminas, las raíces y las inflorescencias. Esta técnica permite la detección y cuantificación de secuencias específicas de ADN. También investigaron el estado de metilación del Dan1 promotor, una región del ADN que controla la actividad del gen, mediante la secuenciación con bisulfito, que revela el grado de metilación del ADN en una secuencia determinada.
Los resultados mostraron que Dan1 se expresa exclusivamente en los tentáculos glandulares, y su promotor está casi totalmente desmetilado en todos los órganos. Este hallazgo contrasta con el gen de la RNasa similar a S da-yo of drosera adelae, que tiene una expresión específica de órgano similar pero está controlada por un promotor que no está metilado específicamente en los tentáculos glandulares. Esto sugiere que los dos genes están regulados de manera diferente.
Además de analizar la regulación y la expresión génica, los investigadores también estudiaron las características estructurales de DAN1 comparando las estructuras primarias de las nucleasas de tipo S1 de tres plantas carnívoras y siete no carnívoras. Esta comparación reveló siete posiciones de aminoácidos conservadas solo entre plantas carnívoras y tres conservadas solo entre plantas no carnívoras. Este hallazgo indica que la evolución ha dado forma a la estructura de DAN1 para cumplir funciones específicas en el fluido digestivo de las plantas carnívoras.
DAN1 se preparó utilizando un sistema de síntesis de proteínas sin células para comprender mejor la función de la enzima. Luego, los investigadores probaron los requisitos de la enzima para los iones metálicos, el pH y la temperatura óptimos, y la preferencia del sustrato. Descubrieron que DAN1 prefiere el ARN al ADN como sustrato en presencia de iones Zn2+, Mn2+ o Ca2+, y funciona mejor a un pH de 4.0.
Con base en estos hallazgos, los investigadores concluyeron que la función principal de DAN1 en drosera adelae es facilitar la absorción de fosfatos de la presa. Esta función difiere significativamente de las funciones conocidas de las nucleasas de tipo S1 en otras plantas. En su artículo, Yu y sus colegas escriben:
Las nucleasas de tipo S1 de plantas tienen funciones en muchos procesos biológicos, incluida la degeneración del endospermo.Marrón y Ho, 1986), diferenciación de elementos traqueales (Ito y Fukuda, 2002), senescencia de la hoja (Pérez-Amador et al., 2000) y respuesta a la infección por viroides (Matousek et al., 2007, 2008). Aparte de la respuesta a la infección por viroide, estos fenómenos acompañan a la muerte celular programada (PCD) (Sugiyama et al., 2000). Sin embargo, los estudios de las enzimas digestivas de las plantas carnívoras, incluido el estudio actual, sugieren que las nucleasas de tipo S1 también se usan para digerir los ácidos nucleicos de la presa, que no está asociada con la PCD. Además, dado que Dra. adelae DA-I es una RNasa tipo S que está abundantemente presente en el fluido digestivo, y DAN1 parece preferir ssRNA sobre ssDNA como sustrato..., Dra. adelae pueden obtener fosfatos principalmente a partir del ARN. Esta puede ser una característica común de las plantas carnívoras porque las RNasas tipo S se encuentran ampliamente en los fluidos digestivos de estas plantas...
Yu et al. 2023.
LEA EL ARTÍCULO:
Yu, M., Arai, N., Ochiai, T. y Ohyama, T. (2023) “Expresión y función de una nucleasa tipo S1 en el fluido digestivo de una drosera, drosera adelae, " Annals of Botany, 131(2), págs. 335–346. Disponible en: https://doi.org/10.1093/aob/mcac150
Imagen de portada: drosera adelae / Matriz de incidencia / Flickr.
