La majoria dels organismes vius, inclosos els humans i les plantes, tenen un rellotge biològic intern que els permet anticipar i adaptar-se als canvis ambientals produïts per la rotació de la Terra cada 24 hores. En les plantes, aquest rellotge biològic circadiari és crucial per establir el temps de germinació, de creixement i de floració, entre altres processos. El rellotge circadiari està format per un conjunt de proteïnes cel·lulars la quantitat i activitat de les quals oscil·la diàriament. Els investigadors que van descobrir aquest mecanisme van ser guardonats amb el Premi Nobel de Fisiologia o Medicina el 2017.
Cada cèl·lula vegetal conté un rellotge circadiari, és a dir, comprèn tota la maquinària necessària per adaptar les seves respostes al cicle de 24 hores. Malgrat això, tal i com investigadors del CRAG van publicar en un transcendental article a la revista ‘Cell’ el 2015, les plantes, com els mamífers, tenen un rellotge circadiari mestre que sincronitza els rellotges perifèrics dispersos per tota la planta. La professora del CSIC Paloma Mas explica: “Sabíem que hi havia un senyal circadiari que es movia dels brots a les arrels, però no sabíem quina era la naturalesa d’aquest senyal. Podrien haver estat hormones, productes fotosintètics… Ara hem descobert que es tracta d’una proteïna central del rellotge circadiari que es mou a través del floema de la planta”.
Els investigadors van dissenyar enginyosos experiments d’empelts amb la planta model ‘Arabidopsis thaliana’, connectant diferents àpexs amb vàries arrels en les que el rellotge no funcionava correctament. Aquests experiments els van permetre identificar la proteïna del rellotge ELF4 −acrònim d’Early Flowering 4− com a missatger que es mou dels àpexs a les arrels per transmetre informació circadiària.
Els investigadors expliquen que qualsevol persona que hagi experimentat ‘jet lag’ sap que el rellotge biològic circadiari pot reiniciar-se mitjançant senyals de llum ambiental, cosa que permet que el cos s’adapti a la nova zona horària en pocs dies. De la mateixa manera que el rellotge circadiari pot sincronitzar-se amb la llum, també pot integrar informació sobre la temperatura ambient.
Per tal de discernir si la proteïna ELF4 estava transmetent a les arrels informació sobre canvis de llum o de temperatura, els dos reguladors principals del rellotge circadiari, els investigadors van testar el moviment d’ELF4 en diferents condicions ambientals. Van descobrir que temperatures més baixes (12°C) afavorien la mobilitat d’ELF4 de l’àpex cap a l’arrel, cosa que alentia el ritme del rellotge de l’arrel. En canvi, quan els experiments es van realitzar a temperatures més altes (28°C), van observar menys moviment d’ELF4, fet que portava a una acceleració del rellotge de l’arrel. Aquest nou mecanisme podria proporcionar un avantatge per a una resposta òptima de l’arrel a les variacions de temperatura.
Tot aquest coneixement generat amb una petita planta model podria tenir un impacte en el futur proper. “El canvi climàtic i l’augment de les temperatures estan causant sequeres, que ja estan afectant la productivitat dels cultius en l’agricultura. Conèixer els gens i les proteïnes que utilitzen les plantes per adaptar la seva fisiologia a les condicions ambientals permetrà dissenyar cultius millor adaptats, cosa que serà clau per garantir la seguretat alimentària”, explica Paloma Mas.
