El fósforo (P) es uno de los macronutrimentos más importantes para el crecimiento y desarrollo de las plantas, por lo que su ausencia reduce significativamente la productividad de todos los cultivos. En los suelos, el P puede formar parte de diferentes compuestos químicos, de los cuales las plantas solo asimilan la fracción que se encuentra como anión ortofosfato (Pi). De esta manera, aún cuando las concentraciones de P en el suelo pueden llegar a ser altas, la forma asimilable rara vez es suficiente para garantizar el crecimiento adecuado de los cultivos. De manera natural, algunas plantas han desarrollado adaptaciones morfológicas y bioquímicas que les permiten mantener sus procesos vitales aún cuando las concentraciones de Pi no son suficientes. Para poder hacer esto, necesitan adaptar su metabolismo a las condiciones energéticas existentes. Nuestro grupo de trabajo se ha enfocado en la caracterización de los mecanismos de transducción de señales que pudieran regular esos cambios. Hemos identificado a una familia de proteinas cinasas, denominadas SnRK1 que son reguladas en condiciones de deficiencia de fosfato. Los ortólogos de esta cinasa en células animales, han sido denominados sensores energéticos, pues ayudan a ajustar el metabolismo de acuerdo con la disponibilidad de ATP. Dado que la deficiencia de Pi reduce los niveles de ATP, suponemos que en células vegetales las SnRK1 también participan en regular algunos de los cambios metabólicos que esta condición induce. Las SnRK1 están compuestas por una subunidad catalítica y dos subunidades regulatorias. Las subunidades regulatorias tienen diferentes funciones. Las subunidades tipo gama interaccionan con la subunidad catalítica y regulan su actividad, mientras que las subunidades tipo beta dirigen al complejo a los blancos específicos. Una característica importante en las subunidades beta, es la presencia de un dominio de unión a glucógeno (GBD) y que en plantas se postula que pueda unir almidón. En Arabidopsis thaliana cada una de estas subunidades pertenece a una pequeña familia génica, lo que sugiere la formación de distintos complejos. Resultados obtenidos en nuestro laboratorio indican que los complejos formados por la subunidad catalítica KIN10 se activan durante la deficiencia de fosfato, mientras que los formados por la subunidad catalítica KIN11 son degradados. La obtención y análisis de mutantes en la subunidad KIN10 ha corroborado la importancia de esta proteína en el metabolismo de carbohidratos ya que estos mutantes presentan menor capacidad para degradar almidón. Una de las subunidades regulatorias asociadas a KIN10 es la proteína beta-gama. Esta subunidad forma parte de las subunidades regulatorias tipo beta que tienen un dominio GBD en su estructura. Datos preliminares han indicado que tanto la subunidad catalítica KIN10 como la beta-gama están unidas a los gránulos de almidón. Por lo expuesto anteriormente, el objetivo que se plantea en el presente proyecto es determinar si el dominio GBD presente en las subunidades beta tiene la capacidad de unir al almidón y de esta forma dirigir al complejo a los gránulos. Además investigaremos si algunas proteínas que se unen al almidón y cuya función puede ser crítica para su metabolismo (síntesis y/o degradación), son blanco específico de las SnRK1.

Los altos costos económicos y ambientales que representa la producción y uso de fertilizantes químicos, asi como la alarmante disminución en las reservas de las materias primas necesarias para su elaboración, hacen que sea urgente mejorar el desempeño de los cultivos establecidos en suelos de baja fertilidad. En nuestro grupo de trabajo, estamos estudiando las modificaciones bioquímicas y moleculares que presentan las plantas cuando se exponen a la deficiencia de fosfato. Nuestros resultados indican que hay respuestas rápidas como la secreción de fosfatasas y la activación de transportadores de fosfato de alta afinidad, que permite aumentar la cantidad de fosfato disponible y acelerar su asimilación. Existen además, respuestas a largo plazo que involucran modificaciones del metabolismo. Hemos encontrado que una familia de cinasas denominadas SnRK1 podría participar en la regulación de algunas de estas modificaciones. Esta familia de enzimas ha sido ampliamente estudiada en células animales, y se sabe que participan en la regulación de varios procesos metabólicos cuando la energía disponible se reduce. La originalidad de nuestra propuesta radica en demostrar la existencia de un mecanismo que implemente ajustes metabólicos cuando la disponibilidad de ATP es baja, como sucede en plantas creciendo en suelos con bajo nivel de fosfatos. En nuestra propuesta las cinasas de la familia SnRK1 juegan un papel fundamental y es importante establecer si son capaces de modular ajustes metabólicos que pudieran mejorar la capacidad de las plantas para enfrentar los problemas derivados de la deficiencia de fosfato. En este contexto es importante recordar que la falta de fósforo es una condición que reduce la productividad de los cultivos. Por lo tanto, los datos derivados de la investigación que se somete a su consideración, además de contribuir a entender los mecanismos de transducción de señales que las plantas utilizan para enfrentar la deficiencia de fosfato, también aportará información indispensable para trasladarlos a programas de mejoramiento genético en plantas de interés comercial y para aprovechar de manera mas eficiente la variabilidad genética disponible.