Proyecto I+D+i 2019: Control circadiano de la actividad mitocondrial y de la homeostasis energética en Arabidopsis thaliana

March 15, 2022

Si hay algo evidente en la naturaleza es la ritmicidad que nos rodea. Desde los latidos del corazón hasta los ritmos de floración en plantas. Esta ritmicidad viene determinada en gran parte por las oscilaciones en la actividad de proteínas presentes en nuestras células que marcan los ritmos de los procesos que controlan. El reloj circadiano - descubrimiento que fue galardonado en el año 2017 con el Premio Nobel de Fisiología - es el responsable de generar las oscilaciones de procesos biológicos en coordinación con el ciclo de día y noche y los cambios de luz y temperatura asociados.

La importancia del reloj circadiano se ha demostrado en numerosos organismos. Por ejemplo, una buena parte de la fisiología y el metabolismo en humanos está regulada por el reloj circadiano. Si el reloj no funciona correctamente da lugar a enfermedades severas y se asocia con la progresión del cáncer. En plantas, el buen funcionamiento del reloj es posiblemente aún más importante. Debido a su naturaleza sésil, las plantas tienen que hacer frente a condiciones ambientales muy diferentes que pueden llegar a ser muy adversas a veces. Por tanto, no es sorprendente que hayan desarrollado mecanismos muy sofisticados que les permitan percibir cambios en las señales internas y externas para desencadenar las respuestas adecuadas a esas señales. El reloj circadiano ocupa una posición privilegiada como principal mecanismo responsable de coordinar estas respuestas. Por ello, el conocimiento sobre cómo funciona el reloj circadiano es fundamental para comprender la biología de las plantas.

En nuestro laboratorio en el Centro de Investigación en Agrigenómica (CRAG) estamos interesados en identificar qué procesos regula el reloj y cuál es el beneficio para la planta de esta regulación. Por ejemplo, en proyectos anteriores hemos descubierto que el reloj circadiano controla el ritmo de división celular, de forma que regula el crecimiento y la división de las células en sincronización con los ciclos del día y la noche. Con el actual proyecto, queremos investigar si el reloj circadiano controla la generación y el uso de la energía celular.  Nuestros estudios preliminares sugieren que el reloj circadiano regula directamente la expresión de un gen implicado en la generación de energía. Este gen se expresa durante el día, pero es reprimido por el reloj durante la noche. Proponemos examinar esta regulación en detalle, analizando también si las plantas usan este mecanismo para controlar entre otros, su actividad celular, crecimiento, y biomasa.

Nuestro proyecto de investigación aborda un aspecto clave de la biología de las plantas: cómo las plantas generan y utilizan la energía celular para su desarrollo y crecimiento. Los resultados que obtengamos nos ayudarán a comprender mejor la homeostasis de la energía, lo que probablemente servirá para encontrar nuevas formas de mejorar la productividad de las plantas. Aunque se trata, en esencia, de un proyecto de investigación fundamental, los conocimientos obtenidos tras la realización del proyecto tendrán también un impacto práctico y podrían utilizarse para su aplicación en cultivos de importancia agronómica, por ejemplo, para incrementar la eficiencia en respuesta a las demandas energéticas celulares, lo que ayudaría a mejorar el crecimiento, el desarrollo y la productividad de los cultivos.

Figura 1. En el proyecto proponemos estudiar la conexión entre el reloj circadiano de las plantas y la función de las mitocondrias.
Figura 1. En el proyecto proponemos estudiar la conexión entre el reloj circadiano de las plantas y la función de las mitocondrias. Investigaremos si el reloj circadiano puede controlar la producción de energía que se almacena en forma de una molécula denominada adenosín trifosfato (ATP). El uso eficiente de la generación de energía permitiría a la planta aumentar su crecimiento y productividad.

En suma, queremos investigar si el reloj circadiano funciona como un reóstato, reprogramando temporalmente la generación y el uso de energía celular permitiendo a las plantas producir suficiente energía durante la noche para cubrir las demandas energéticas celulares.

Investigadores/as Principales del proyecto
Paloma Mas

Paloma Mas es Profesora de Investigación del CSIC en el Centro de Investigación en Agrigenómica (CRAG). Sus investigaciones se han centrado fundamentalmente en intentar comprender cuestiones fundamentales de la biología de las plantas. Durante sus estudios de doctorado (CEBAS-CSIC, España) y su primer período posdoctoral (The Scripps Research Institute, EE.UU.), su investigación trató de comprender cómo las plantas responden a la infección con virus. En un segundo período posdoctoral (Institute for Childhood and Negleted Diseases, EE.UU.), su investigación se centró en los ritmos circadianos de las plantas, temática que sigue siendo el área principal de investigación en su laboratorio. Las contribuciones científicas de Paloma Mas han sido reconocidas con numerosas distinciones, como el premio EURYI-EFS (2006), el nombramiento como Murciana del Año 2008, la elección como miembro de EMBO (2013), el Premio Carmen y Severo Ochoa (2013), la mención especial para el Premio de Ciencias de la Vida Ciudad de Barcelona (2015), el premio Aschoff's Ruler (2019) y la Medalla Narcís Monturiol al mérito científico y tecnológico (2020). Es miembro del Consejo Científico Asesor Interno del CRAG desde su creación en 2010, y actualmente es vice-directora del CRAG y Directora Científica del Programa “Centro de Excelencia Severo Ochoa” (2020-2023) concedido al CRAG.