Los biólogos de plantas han descubierto cómo los girasoles usan su reloj circadiano interno, actuando sobre las hormonas de crecimiento, para seguir al sol durante el día a medida que crecen.

"Es el primer ejemplo de crecimiento modulador de reloj de una planta en un entorno natural y que tiene repercusiones reales para la planta", dice Stacey Harmer, profesora de biología vegetal en la Universidad de California, Davis, y autora principal de un artículo en la revista Ciencia:.

Harmer es un biólogo molecular que estudia los relojes circadianos, generalmente en la planta de laboratorio Arabidopsis, que es claramente más pequeño que un girasol. Anteriormente, el laboratorio de Harmer había descubierto vínculos entre los genes "reloj" y la hormona vegetal auxina, que regula el crecimiento. Pero los investigadores necesitaban un ejemplo para trabajar, y lo encontraron en el girasol.

Enfrentando el camino equivocado

Los girasoles crecientes comienzan el día con sus cabezas mirando hacia el este, se mueven hacia el oeste durante el día y vuelven al este por la noche.

"La planta anticipa el momento y la dirección del amanecer, y para mí eso parece una razón para tener una conexión entre el reloj y la vía de crecimiento", dice Harmer. Los científicos, ya en 1898, habían descrito este comportamiento de los girasoles, pero nadie había pensado previamente asociarlo con los ritmos circadianos.

Hagop Atamian, un investigador postdoctoral en el laboratorio de Harmer, en colaboración con el laboratorio del colaborador Benjamin Blackman en la Universidad de Virginia (ahora en UC Berkeley), llevó a cabo una serie de experimentos con girasoles en el campo, en macetas al aire libre y en cámaras de crecimiento interiores .

Al apilar las plantas para que no se puedan mover, o al voltear las plantas en maceta a diario para que estén mirando hacia el lado equivocado, Atamian demostró que podía alterar su capacidad de rastrear el sol. Seguir al sol proporciona un impulso de crecimiento a las plantas. Los girasoles estacados para que no puedan moverse tienen una menor biomasa y menos área foliar que los que sí lo hacen, hallaron los investigadores.

Cuando las plantas se movieron a una cámara de crecimiento interior con luz de techo inmóvil, continuaron oscilando hacia atrás y adelante durante unos días. Ese es el tipo de comportamiento que se esperaría de un mecanismo impulsado por un reloj interno, dice Harmer.

Finalmente, las plantas de interior empezaron a rastrear "el sol" nuevamente cuando la fuente aparente de iluminación se movió a través de la cámara de crecimiento al encender y apagar las luces adyacentes durante el día. Las plantas podían rastrear confiablemente el movimiento y regresar por la noche cuando el día artificial estaba cerca de un ciclo de 24-hora, pero no cuando estaba más cerca de las 30 horas.

Este y oeste

Entonces, ¿cómo mueven las plantas sus tallos durante el día? Atamian puso puntos de tinta en los tallos y los filmó con una cámara de video. En un video de lapso de tiempo, él podría medir la distancia cambiante entre los puntos.

Cuando las plantas rastreaban el sol, el lado este del tallo creció más rápidamente que el lado oeste, descubrió. Por la noche, el lado oeste creció más rápido cuando el vástago se balanceó hacia el otro lado. El equipo identificó una serie de genes que se expresaron en niveles más altos en el lado de la planta que se extiende hacia el sol durante el día o en el otro lado durante la noche.

Harmer dice que parece haber dos mecanismos de crecimiento trabajando en el tallo del girasol. El primero establece una tasa básica de crecimiento para la planta, en función de la luz disponible. El segundo, controlado por el reloj circadiano e influenciado por la dirección de la luz, hace que el tallo crezca más en un lado que en otro y, por lo tanto, se balancee de este a oeste durante el día.

A medida que el girasol madura y la flor se abre, el crecimiento general se ralentiza, y las plantas dejan de moverse durante el día y se establecen mirando hacia el este. Esto parece deberse a que, a medida que el crecimiento general se ralentiza, el reloj circadiano asegura que la planta reacciona más fuertemente a la luz temprano en la mañana que en la tarde o noche, por lo que gradualmente deja de moverse hacia el oeste durante el día.

'Las abejas son flores cálidas'

¿Por qué los girasoles maduros miran hacia el este? Los investigadores cultivaron girasoles en macetas en el campo, y rotaron algunos de ellos hacia el oeste. Al medir las flores con una cámara infrarroja, descubrieron que los girasoles orientados hacia el este se calentaban más rápido por la mañana y también atraían cinco veces más insectos polinizadores. Calentar las flores orientadas hacia el oeste con un calentador portátil trajo más polinizadores a las flores.

"Las abejas son como flores cálidas", dice Harmer.

"Al igual que las personas, las plantas dependen de los ritmos diarios del día y de la noche para funcionar", dice la directora del programa, Anne Sylvester. "Los girasoles, como las matrices de paneles solares, siguen al sol de este a oeste. Estos investigadores aprovechan la información en el genoma del girasol para comprender cómo y por qué los girasoles rastrean el sol ".

Los coautores adicionales del artículo son Nicky Creux en UC Davis, y Evan Brown y Austin Garner en la Universidad de Virginia. El Programa de Investigación de Genoma de Plantas de la Fundación Nacional de Ciencia apoyó el trabajo.

Fuente: UC Davis

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