Los fitocromos –moléculas fotosensibles– desempeñan una función esencial en las diferentes fases del desarrollo y del crecimiento de los vegetales. Estos fotorreceptores, que transmiten a las plantas información en relación con la luz ambiental, existen bajo dos conformaciones diferentes, una activa y otra inactiva. Bajo luz roja, se activan y desencadenan una cascada de fenómenos bioquímicos en las células vegetales, provocando, por ejemplo, la germinación, la floración o la elongación de los tallos.
Si bien ya sabemos que los fitocromos actúan como verdaderos interruptores luminosos, la cadena de eventos bioquímicos que su activación produce sigue siendo poco conocida. Hace algunos años fueron descubiertos fitocromos en bacterias. Sin embargo, su función, incluso en estos organismos simples, seguía siendo un enigma.
Un equipo de investigadores franceses reveló la existencia de fitocromos en Bradyrhizobium, una bacteria fotosintética fijadora de nitrógeno que vive en simbiosis con leguminosas tropicales (las Aeschynomene).
Los expertos identificaron la función esencial de este nuevo fitocromo en el control de la constitución del fotosistema de la bacteria. Una función idéntica pudo ser estudiada en Rhodopseudomonas palustris, una bacteria fotosintética muy similar, desde el punto de vista filogenético, a las Bradyrhizobium.
Para lograrlo, los científicos expusieron células de Bradyrhizobium a diversos largos de ondas de luz (del rojo al infrarrojo). Descubrieron que el aparato fotosintético de la bacteria tan sólo se constituía, en su totalidad, bajo luz infrarroja y, por lo tanto, únicamente cuando el fitocromo formaba parte de su conformación activa.
Por otra parte, crearon –por ingeniería genética– cepas bacterianas en las que el gen que codifica el fitocromo había sido eliminado. La actividad fotosintética de estas cepas resultó prácticamente inexistente, independientemente de sus condiciones de cultivo. Estos experimentos demostraron por consiguiente que el sistema fotosintético de Bradyrhizobium es totalmente controlado por el fitocromo. De esta manera, fue posible determinar, por primera vez, una función de los fitocromos en ciertas bacterias.
Los investigadores lograron asimismo definir los principales mecanismos de acción del fitocromo en las dos bacterias. Descubrieron que el gen contiguo al del fitocromo codifica una proteína (llamada PpsR) conocida por su capacidad de impedir la expresión de ciertos genes fotosintéticos. Demostraron que bajo luz infrarroja y bajo su forma activa, el fitocromo interactúa con esta proteína e impide su acción represora. Los genes que codifican el aparato fotosintético de las bacterias pueden entonces expresarse. De esta manera, la traducción de la señal luminosa emitida por el fitocromo en las células bacterianas se haría por una interacción directa con la proteína PpsR, y no por el desencadenamiento de una cascada de fenómenos bioquímicos, como se pensaba hasta ahora. Con base en esto, los investigadores concibieron un modelo de regulación de la expresión de los genes mediante la luz.
Los investigadores establecieron la hipótesis según la cual el sistema de regulación de la fotosíntesis, por el fitocromo, podría constituir una evolución funcional que permita una interacción entre la bacteria y la leguminosa en la que se desarrolla. Los Bradyrhizobium viven a lo largo del tallo bajo una capa de células clorofílicas que impiden el paso de la luz infrarroja. De esta manera, gracias al fitocromo, la bacteria podrá activar su sistema de fotosíntesis, que le proporcionará una parte de la energía necesaria para realizar su simbiosis con la leguminosa y fijar el nitrógeno esencial para el crecimiento de la planta.
El estudio de los fitocromos en las bacterias fotosintéticas permitiría, a corto plazo, entender mejor el mecanismo de funcionamiento de estos captores de luz en las plantas. Rhodo-pseudomonas palustris, la otra bacteria estudiada, constituye un modelo destacado para analizar la función y el modo de acción de los fitocromos en general. Su genoma acaba efectivamente de ser enteramente secuenciado y reveló la presencia excepcional, en una bacteria, de seis copias de fitocromos diferentes.
