Investigadores del CSIC en el Centro de Investigación en Agrigenómica (CRAG) han descubierto que los tomates reciclan mecanismos moleculares de respuesta a la luz para regular la maduración del fruto
Los carotenoides son un grupo de pigmentos esenciales para la vida de las plantas, ya que las protegen del exceso de sol (son fotoprotectores) y son precursores de la síntesis de hormonas. También tienen su papel en la maduración de frutos: el fruto pasa de tener color verde cuando está inmaduro a adquirir un color naranja o rojo cuando está maduro, gracias a que acumula carotenoides como el beta-caroteno (precursor de la vitamina A) y el licopeno (un potente anticancerígeno).
Estudios anteriores con la planta Arabidopsis habían demostrado que la síntesis de carotenoides está regulada por los fitocromos, receptores de luz en las hojas que permiten a las plantas detectar el tipo de luz recibida y, por tanto, tener información del entorno.
Lo que "ven" las plantas
El fitocromo detecta en qué zona del espectro está la luz recibida: puede diferenciar si se trata de rojo (que indica que está recibiendo luz directa del sol) o rojo lejano (que indica que está en semisombra, rodeado de otras plantas, cuya clorofila absorbe la radiación del rojo). En función de estas señales, la planta puede “ver” su entorno, adaptar su desarrollo a la luz recibida y crecer “huyendo” de la sombra.
Hasta ahora se desconocía si estos mecanismos actuaban también en los frutos. En un trabajo publicado en The Plant Journal, el equipo dirigido por Manuel-Rodríguez Concepción, investigador científico del CSIC en el Centro de Investigación en Agrigenómica (CRAG), con la colaboración del Instituto Catalán de Ciencias Fotónicas (ICFO).
Una proteína represora
Los científicos presuponían que, en el caso de los frutos, la biosíntesis de carotenoides también debía tener alguna relación con los fitocromos. Pero lo que han hallado es algo más: el mecanismo también funciona en frutos pero no para informar sobre el entorno sino para monitorizar lo que ocurre dentro del fruto.
Los fitocromos detectan los cambios en la composición de la luz que se filtra a través de la carne del fruto. Cuando el fruto está verde por la acumulación de clorofila, esta última retiene la radiación correspondiente al rojo. Pero cuando el fruto y sus semillas están desarrollados, el fruto empieza a perder clorofila, aumenta la cantidad de rojo en la luz que se filtra y eso es percibido por los fitocromos presentes en la carne del tomate, que se activan y degradan al factor de transcripción PIF1a.
Los factores de transcripción son proteínas que “encienden o apagan genes”. PIF1a apaga el gen que desencadena la producción de carotenoides, por lo que su degradación a medida que el fruto va perdiendo clorofila hace que se vayan acumulando carotenoides y el fruto vaya adquiriendo su característico color rojo. “Se trata”, explica Manuel Rodriguez-Concepción, “de una función totalmente nueva. Los frutos han sabido reciclar un mecanismo que las plantas habían inventado para ver su entorno y lo han readaptado para ver su interior y ajustar su color al grado de maduración”.
El cambio del color en un fruto tiene una función comunicativa, dicen los científicos, que hace que los animales los reconozcan mejor. Ese cambio de color coincide con el momento en el que las semillas pueden germinar, no antes. Imagen: Briardo Llorente y Manuel Rodríguez-Concepción/ CRAG.
El cambio del color en un fruto tiene una función comunicativa, dicen los científicos, que hace que los animales los reconozcan mejor. Ese cambio de color coincide con el momento en el que las semillas pueden germinar, no antes. Imagen: Briardo Llorente y Manuel Rodríguez-Concepción/ CRAG.
Señal de la maduración de las semillas
La hipótesis de los investigadores es que el mecanismo descubierto es especialmente relevante en el contexto ecológico de interacción entre plantas y animales. Briardo Llorente, primer firmante y co-responsable del trabajo, explica: “Creemos que el cambio del color en un fruto tiene una función comunicativa en la naturaleza. Los frutos maduran con un cambio de color, que hace que los animales los reconozcan mejor. Ese cambio de color coincide con el momento en el que las semillas pueden germinar, no antes”. Los animales, al consumir los frutos, dispersan las semillas. Se trata, explican los científicos, de una señal en la relación mutualista entre animales y plantas, relación en la que ambos se benefician.
El trabajo también demuestra cómo se puede manipular el mecanismo descubierto para obtener frutos más ricos en carotenoides y por tanto más atractivos, saludables y nutritivos.
Briardo Llorente, Lucio D'Andrea, M. Aguila Ruiz-Sola, Esther Botterweg, Pablo Pulido, Jordi Andilla, Pablo Loza-Alvarez, Manuel Rodriguez-Concepcion. Tomato fruit carotenoid biosynthesis is adjusted to actual ripening progression by a light-dependent mechanism Plant J 85(1): 107-119.
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