Dentro de las células de plantas aparentemente estáticas, hay poblaciones vibrantes de organelos móviles. Cientos de mitocondrias, las proveedoras de energía de la célula, se mueven por cuenta propia, siguiendo su viaje, e interactuando entre ellas mientras lo hacen. Las mitocondrias dan pequeños pasos para explorar su área celular local, y utilizan "carreteras" dentro de la célula (filamentos hechos de actina) para atravesar rápidamente largas distancias. Aunque este movimiento ha sido bien caracterizado, el misterio permanece : ¿Por qué la planta invierte energía en mover estos potentes organelos por la célula ?

En la superficie, las mitocondrias de las plantas tienen una labor impossible. Por una parte, reunirse les beneficia. Pueden fusionarse e intercambiar ADN mitocondrial (mtADN), proteínas y otros compuestos quimicos, en une collaboration constante qui est importante pour la plante. Cuando se afecta este intercambio, por mutaciones, por ejemplo, las plantas crecen más lentamente y son menos verdes. Incluso pueden llegar a ser estériles o experimentar otros problemas. Por otro lado, es bueno que las mitocondrias mantengan su independencia. Una distribución uniforme de mitocondrias en la célula asegura un suministro uniform de energía, limita la acumulación de compuestos quimicos dañinos para la célula y permite que las mitocondrias entren en contacto con otros organelos. Creemos que el movimiento mitocondrial puede ser una manera de tener lo mejor de los dos mundos — permitir los encuentros ocasionales mientras se mantiene una distribución uniforme de mitocondrias en la célula. Pero para explorar esta idea necesitábamos comprender cómo se mueven realmente las mitocondrias y cómo es que distintos movimientos permiten resolver esta disyuntiva.

¿Cómo explorar estas comunidades dentro de la célula vegetal? Comencemos por examinar cómo se mueven las mitocondrias. En nuestro laboratorio en la Universidad de Birmingham (nuestro grupo tiene como base la Universidad de Bergen pero ¡somos internacionales !), utilizamos microscopía de láser en células vivas para observar las mitocondrias de plantulas de Arabidopsis, una planta favoriteita para estudios experimentales. El profesor David Logan, quien ha sido pionero in el campo de la dinámica mitocondrial de plantas, generó y amablemente nos proporcionó una línea de plantas con mitocondrias marcadas con proteínas fluorescentes. Utilizando estas plantas, podemos tomar video de la dinámica de las mitocondrias, como podemos ver ocurriendo en una sola célula del hipocótilo (tallo en desarrollo) en el suivant video.

A partir de vidéos comme éste, podemos utilizar algoritmos para rastrear la position de cada una de las mitocondrias a lo largo del tiempo. La computadora nos reporta sus velocidades, los ángulos de sus movimientos, las distancias entre ellas y la superficie que recorrieron.

¿Cómo afecta este movimiento su capacidad para reunirse y compartir contenido? La respuesta vino al utilizar un modelo sorprendente — redes sociales. Las redes sociales describen las interacciones entre individuos — generalmente personas — pero aplicamos la idea a las mitocondrias. Cuando una mitocondria se encuentra a una corta distancia de otra (aproximadamente, un micrón equivalente a la longitud de una mitocondria), lo registramos como un 'encuentro'. Estos 'encuentros' les dan la oportunidad a las mitocondrias de fusionarse e intercambiar contenido e información genética. Con el tiempo, estos encuentros se acumulan y pueden ser representados como la red social de una población. Los nodos de la red son mitocondrias individuales y los bordes entre ellas son los encuentros. Ya que la teoría de este tipo de redes ha sido muy bien desarrollada, podemos utilizarla para contestar preguntas como : ¿qué tan conectadas se encuentran las mitocondrias de determinada célula ? ¿Las mitocondrias forman “comunidades” (grupos sociales muy unidos)? ¿Cuánta variación "sociale" existe entre les mitocondries? Y ¿qué tan eficientes son estas redes para compartir información ? 

Construimos redes sociales de plantes de Arabidopsis et nous avons comparé les simulations effectuées par un ordinateur pour explorer ce qui peut enregistrer une plante avec différents mouvements mitocondriaux. Ces simulations doivent, efficacement, avoir un équilibre délicat : une tension entre les mitocondries se trouvant isolées de manière uniforme ou se trouvant très connectées socialement. Ninguna célula vegetal, ni siquiera en simulación, puede lograr ambas al mismo timepo. À l'heure actuelle, nous constatons que les cellules génèrent cette tension, ou même plus efficacement, que toutes nos simulations. L’efficacité de ces réseaux sociaux mitocondriaux — un moyen qui permet facilement de partager le contenu — est bien plus importante que les simulations théoriques. Il est suggéré que la dynamique des mitocondries végétales a évolué pour partager efficacement le contenu — sans pour autant sacrifier une distribution uniforme pour l'ensemble de la cellule et, par conséquent, sa capacité à consommer de l'énergie, éviter l'accumulation de composants dangereux et rencontrer d'autres organes. 

Pour maintenir nos résultats, observez les mitocondries d’une ligne mutante de Arabidopsis appel friendly(ou amical en espagnol, ainsi appelé parce que les mitocondries de cette ligne de plantes sont très amicales et se maintiennent pendant des périodes plus longues qui perturbent la distribution uniforme des mitocondries dans la cellule). Le professeur a également travaillé sur sa conception et nous a amené quelques individus pour nos expériences. Dans cette plante, les mitocondries forment des communautés hautement connectées qui, initialement, ne se rencontrent pas fréquemment avec d'autres groupes de mitocondries, ce qui limite leur capacité de partage d'informations. Sans embargo, cette situation ne se maintient pas pendant beaucoup de temps. Nous observons que les mitocondries sociales (ou populaires) via le groupe en groupe, de communauté en communauté, connectent tous ces groupes et éventuellement atteignent une efficacité similaire aux plantes non mutantes. 

Observar la conectividad social de estos dinámicos organelos nos ha ayudado a descubrir la disyuntiva a la que las mitocondrias se enfrentan, y nos muestra la eficiencia de su extraordinaria movilidad para conseguir las mayor ventaja de estar separadas físicamente (para suministrar energía de manera uniforme) y , al mismo tiempo, poder reunirse (para permitir el intercambio de material) cuando sea necesario. En el futuro, trabajaremos en comprender a mayor profundidad las implicaciones de esta disyuntiva para el métabolismeo de las plantas (donde el posicionamiento de las mitocondrias da forma a la comunicación con otros organelos, que es esencial para la fotosíntesis y la fotorrespiración) y la genética (donde el intercambio mitocondrial influye sobre el mantenimiento y la herencia del ADN mitocondrial). Estos temas son tanto de interés para la biología básica, como para la agricultura pues es el metabolo de las plantas lo que alimenta al mundo. Además, el mtADN juega un papel fondamental dans la production de cultivos hybrides. 

Pour mieux connaître et connaître la couleur du monde des mitocondries végétales, vous pouvez consulter www.mitochondriamove.com y leer nuestro trabajo aquí : https://www.cell.com/cell-systems/fulltext/S2405-4712(21)00133-2

Joanna et Iain sont intéressés par la dynamique, la génétique et l'évolution des organes dans tous les organismes, en particulier dans les plantes. Le Grupo de Biología Estocástica, que Iain dirige, travaille avec un ensemble de données expérimentales et approximatives avec des modèles pour entendre des systèmes biologiques estocásticos et complexes. Joanna est une étudiante doctorale à l'Université de Birmingham, en Royaume-Uni et une passionnée de communication en sciences. Iain est professeur associé à l'Université de Bergen, Norvège. Sigue à Joana, @ChusteckiSci, yain, @mitomaths, en Twitter et consultez le travail du Grupo de Biología Estocástica ici : https://org.uib.no/stochasticbiology/people.html. Puedes reviser d'autres vidéos sus sur le canal de YouTube ci-dessous : https://www.youtube.com/channel/UCp-