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Cuando uno se halla dispuesto a estudiar un cierto modelo físico sabe de antemano que, en la mayoría de los casos, puede intentar buscar resultados razonables (que muchas veces terminan siendo buenos y hasta a veces muy buenos) utilizando formalismos sencillos y aproximaciones importantes, o intentar llegar a mejores resultados a costa de utilizar modelos más complejos (con aproximaciones más exactas). En este trabajo hemos elegido el primero de los criterios por lo siguiente: a través de la evaluación de la bondad del método, avalada por la experiencia acumulada en nuestro grupo de trabajo, se sabe que esta aproximación da resultados satisfactorios, aún para regiones cercanas a la de la transición; para interacciones de largo alcance como lo son las dipolares y cuadrupolares. En el caso de interacciones de menor alcance, como la interacción espín-espín, no es de esperar buenos resultados cerca de las transiciones de fase, pero sí de que los rasgos topológicos de los diagramas de fases, lejos de estas regiones, sean suficientemente buenos como para poder explicar algunas observaciones experimentales. Esto nos motivó a utilizar la aproximación de campo medio en el estudio de algunos modelos aplicados a sistemas que presentan transiciones de fase del tipo orden-desorden orientacional.

La luz es un factor ambiental crítico para el crecimiento y desarrollo de las plantas. Provee no solo la energía lumínica necesaria para el proceso fotosíntético, sino también señales informativas que las plantas utilizan para coordinar su crecimiento y desarrollo con el ambiente circundante. La percepción de las señales lumínicas esta mediada por fotorreceptores específicos como los fitocromos. Estos son una pequeña familia de proteínas codificada por cinco genes en Arabidopsis thaliana, FITOCROMO A-E (PHY A-E). El objetivo de esta tesis es dilucidar las funciones sensoriales y los mecanismos de acción de uno de los fitocromos más abundantes, el fitocromo A (phy A). Las funciones fotosensorias del phy A en condiciones naturales de radiación fueron investigadas comparando el comportamiento de plantas con niveles normales de phy A y de plantas mutantes y/o transgénicas con niveles incrementados o reducidos de este fotorreceptor. De los experimentos se puede concluir que el phy A actúa como un sensor de cambios en la irradiancia. En plantas etioladas el phy A es el único fotorreceptor que permite a las plantas distinguir la transición entre la oscuridad reinante bajo la superficie del suelo y la escasa luz presente bajo canopeos muy densos. Los cambios morfológicos y fisiológicos desencadenados por el phy A en respuesta a la percepción de dicho cambio en el ambiente lumínico incrementan notablemente la supervivencia de las plantas emergidas en tales condiciones. El phy A, además, está involucrado en la percepción de los cambios en el ambiente lumínico producidos por la presencia de plantas vecinas: percibe directamente la disminución de la cantidad de luz roja (R) y rojo lejana (RL) que se produce por el sombreado y modula, indirectamente, la sensibilidad a reducciones de la relación R/RL que se producen por la relexión selectiva de RL en las hojas de plantas vecinas. Estas acciones del phy A conducen finalmente a un incremento en la tasa de alargamiento del tallo que disminuyen el riesgo de sombreado. En plantas verdes el phy A también está involucrado en la percepción de las transiciones cotidianas oscuridad/luz que se producen al amanacer. En respuesta a la percepción de dicha señal el phyA sincroniza al reloj endógeno que controla el movimiento de las hojas y probablemente la actividad de numerosos procesos vitales en las plantas. El phy A actúa a través de dos modos de acción, el VLFR (por Very Low Fluence Responses) que se satura con muy bajos flujos de luz, y el HIR (por High Irradiance Responses) que se satura con altas irradiancias de RL. Aquí presento evidencias genéticas que indican que 1aacción del phy A en el VLFR y el HIR involucra dos mecanismos moleculares diferentes. Por un lado se identificaron dos loci, vlf1 (en el cromosoma 2) y vlf2 (en el cromosoma 5), polimórficos entre los ecotipos Landsberg erecta y Columbia de Arabidopsis thaliana, que afectan las respuestas VLFR pero no las HIR. También se caracterizaron las respuestas VLFR y HIR en dos mutantes de transducción de señales del phy A previamente identificados y se observó que uno de ellos, el fhy1, afectaba de manera similar las respuestas VLFR y HIR mientras que el otro, el fhy3, afectaba mucho más las respuestas HIR que las VLFR. En conjunto, estos resultados sugieren que el phy A desencadena las respuestas VLFR y HIR a través de dos vías de transducción de señales diferentes que poseen algunos elementos en común. Por otro lado, utilizando una estrategia novedosa de búsqueda, se identificaron dos mutantes débiles de phy A, denominadas phy A-301 y phy A-302, que afectaban mucho más las respuestas HIR que las VLFR. Tanto la mutante phy A-301 como la mutante phy A-302 presentaron niveles reducidos de phy A en ensayos de inmunodetección. La secuenciación del gen PH YAen el mutante phy A-301, reveló una mutación que da lugar a una proteína truncada que carece de 142 aa del extremo C-terminal. La secuenciación del gen PHYA en el mutante phyA-302 reveló una mutación puntual que convierte el glutamato 778 en lisina. Esta mutación se encuentra en una región previamente descripta como importante para la actividad regulatoria de los fitocromos. Estos resultados indican que las respuestas a muy bajos flujos, es decir las VLFR, y las respuestas a altas irradiancias, es decir las HIR, se diferenciarían en los niveles de phyA y/o en los dominios de ésta molécula necesarios para inducir cada una de las respuestas. En resúmen, hemos demostrado que el phyA está involucrado en la percepción de diferentes cambios en el ambiente lumínico durante distintas etapas del ciclo de vida de las plantas y hemos encontrado evidencias genéticas que indican que el phyA actuaría a través de dos vías de transduccíón de señales distintas, una inducida en respuesta a muy bajos flujos de luz y otra inducida en respuesta a altas irradiancias.

Al monitorear los cambios en el ambiente lumínico, las plantas pueden obtener información acerca de la proximidad de las plantas vecinas. Los jasmonatos (JAs) son reguladores lipídicos que juegan un papel central en el control de las respuestas de defensa frente a patógenos y plagas, así como también en la regulación de los procesos de crecimiento y desarrollo. Una disminución en la relación rojo: rojo lejano (R:RL) de la luz representa una señal de competencia para las plantas terrestres. Esta señal es detectada por el fotorreceptor fitocromo B (phyB) y, entre otras cosas, induce la aceleración del crecimiento y elongación y reprime la expresión de defensas de las plantas. Los efectos de las bajas relaciones R:RL sobre el sistema de defensas están mediados, al menos en parte, a través de una reducción en la señalización de los JAs. En esta tesis doctoral se pretende avanzar en la comprensión de los mecanismos que controlan el efecto de R:RL y phyB en las respuestas a JA en Arabidopsis thaliana. Se postulan posibles mecanismos mediante los cuales la inactivación del phyB por bajas relaciones R:RL produce la disminución en la sensibilidad de la vía de los JAs. Para este fin, he combinado un enfoque genético con el uso de herramientas fisiológicas, bioquímicas y moleculares para estudiar los efectos de la calidad de la luz sobre los componentes críticos de la vía de señalización de JA. Los resultados presentados en esta tesis demuestran que el efecto de las bajas relaciones R:RL, provocando una disminución de la sensibilidad a JA, requiere de la proteína JA-ZIM domain 10(JAZ10). También demostramos que la degradación de las proteínas DELLA (mediada por el aumento en la actividad de giberelinas (GAs) ), es necesaria para que se manifieste la represión de la vía de JA en condiciones de bajas relaciones R:RL. Por último, los resultados sugieren que, además de este efecto bien caracterizado de las GAs sobre la señalización de JA, mediado por la degradación de las proteínas DELLAs, GA reprime las respuestas de defensa por un nuevo mecanismo. En este mecanismo, GA aumenta la estabilidad de la JAZ10 y retarda la degradación de esta proteína inducida por JA.