SE IDENTIFICA EL MECANISMO QUE PERMITE EL CRECIMIENTO CONTINUO DE LAS PLANTAS

A diferencia de los animales, las plantas forman tejidos celulares durante toda su vida. Esta capacidad les confiere grandes ventajas para sobrevivir y constituye la base de su longevidad. Entender cómo se forman los tejidos en las plantas a partir de células madre y los fundamentos de su crecimiento continuado es el objetivo de un grupo de investigadores del Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (CBGP), entidad formada por la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y el Instituto Nacional de Investigaciones y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA), en España.

Su último logro, que se explica este mes en la revista Science, ha sido identificar el mecanismo molecular que regula la formación de un tejido de la raíz y que permite su crecimiento continuado.
“La mayor parte de los avances en biología del desarrollo se han centrado en entender cómo se establecen los patrones de desarrollo corporales durante la embriogénesis”, explica Miguel Moreno Risueño, el investigador que lidera este grupo del CBGP.
“En animales, este proceso determina la forma básica del organismo adulto; sin embargo, los embriones de las plantas que se encuentran dentro de las semillas guardan muy poco parecido con los organismos en los cuales se convertirán. Los tejidos de las plantas se forman continuamente y es necesario determinar la identidad y la función de cada célula durante todo el desarrollo posembrionario para que las plantas crezcan correctamente”.
Las células vegetales presentan frente a las animales la peculiaridad de que no se pueden mover dentro del organismo. Basándose en esta característica, los investigadores han conseguido determinar cómo se forma una raíz, ya que cada célula permanece anclada en su posición original hasta que es desplazada por una nueva, de tal manera que las células que forman un tejido o linaje celular se alinean por su edad o tiempo de desarrollo.
El estudio ha identificado no solo los reguladores moleculares maestros que participan en el crecimiento de la raíz, sino también el modo de interacción de estos con señales externas al tejido que permiten su organización precisa. Y es que las nuevas células deben adquirir las identidades y posiciones apropiadas para formar los tejidos que conforman la raíz y que son responsables de su funcionalidad. De esta manera, la raíz puede funcionar correctamente transportando los nutrientes desde el suelo al resto de la planta.
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Los investigadores han observado que, en plantas que carecían de tres de los factores identificados, el tejido basal, aunque se formaba en el embrión, desaparecía en la planta adulta, ya que la célula madre que da origen a este linaje se perdía.
Esto indica que los linajes celulares en las plantas no dependen solo de la posición como se pensaba sino de factores que los determinan, de forma similar a como ocurre en los animales”, afirma Moreno Risueño, quien destaca que es el primer caso descrito en que un tejido desaparece totalmente durante el crecimiento. “Es como si nosotros perdiéramos de repente el hígado o el corazón, partes clave para el funcionamiento del organismo”.
La investigación, realizada en colaboración con la Universidad Duke (EE UU), ha determinado que los cinco factores identificados actúan de forma cooperativa y no lineal, en un proceso que permite la formación del tejido basal en tres etapas: comienza con establecimiento de la célula madre (y, por tanto, del linaje); sigue con la percepción de la señal posicional para que esta se divida, y finaliza con la propia división, que da origen a la endodermis y el córtex.
Como se trata de factores de transcripción, lo que hacen es activar la expresión de genes que confieren la identidad correcta a cada célula. Es decir, que se trata de un mecanismo que permite a un tejido, en cuanto que este se desarrolla y madura con los mismos factores que establecen el linaje, su crecimiento continuado de forma funcional.
“Esta circunstancia minimiza cualquier fallo que pueda producirse, ya que solo las células que tienen estos factores pueden percibir la señal posicional y madurar generando la endodermis y el córtex”, concluye el investigador del CBGP.

CÓMO SE REFRESCAN LAS PLANTAS

Cuando son cultivadas a temperaturas altas, las plantas alargan sus tallos para facilitar el enfriamiento de sus hojas, según avalan los resultados de una nueva investigación.

Conocer en todos sus aspectos por qué las plantas cambian su arquitectura en respuesta al calor, es importante, sobre todo teniendo en cuenta que el ascenso de las temperaturas mundiales promovido por el calentamiento global plantea un reto para el futuro de la producción agrícola alimentaria.

Aunque los científicos han hecho avances importantes en la investigación sobre cómo las plantas se vuelven más alargadas cuando están sometidas a altas temperaturas, se sabía poco de las consecuencias fisiológicas de esta respuesta, y, por tanto, de su utilidad. Para investigar estas consecuencias, el equipo que ha hecho el nuevo estudio, dirigido por Kerry Franklin y Alistair Hetherington de la Escuela de Ciencias Biológicas en la Universidad de Bristol, en el Reino Unido, centró su atención en la Arabidopsis thaliana, una pequeña planta con flores que es una especie modelo popular en biología y genética vegetales.

Cuando se cultivan sometidas a temperaturas altas, las plantas adoptan una arquitectura delgada y alargada, y desarrollan en sus hojas menos poros o estomas. Sin embargo, a pesar de tener un número reducido de estomas, las plantas de Arabidopsis thaliana alargadas cultivadas por el equipo mostraron pérdidas más grandes de agua y también un mayor enfriamiento de las hojas por evaporación.

Todo apunta a que el espaciado mayor entre las hojas observado en las plantas que crecieron sometidas a altas temperaturas puede reforzar la difusión del vapor de agua que emana de los estomas, intensificando así el proceso de refrigeración..

La temperatura y la disponibilidad de agua son factores de gran importancia que afectan al rendimiento de las plantas de utilidad agrícola. Conocer a fondo la relación entre temperatura, arquitectura vegetal y uso del agua por las plantas es por lo tanto esencial para poder maximizar la productividad futura de los cultivos agrícolas y garantizar lo mejor posible la seguridad alimentaria en un mundo cada vez más poblado y sometido además a un proceso de cambio climático de gran envergadura, tal como subraya Franklin.

¿ POR QUÉ FLORECEN LAS PLANTAS?

Hasta ahora se desconocía la razón por la que las plantas producen flores en lugar de hojas. Un equipo internacional de científicos ha identificado en PLoS Biology un gen que está implicado en el proceso de floración en condiciones de luz normales.
Las plantas son capaces de ajustar el tiempo de su floración en respuesta a las condiciones ambientales de luz, temperatura y disponibilidad de nutrientes, pero se sabe muy poco acerca de lo que provoca que las plantas produzcan flores en lugar de hojas, en condiciones ambientales diferentes.
“La transición a la floración es el cambio de fase más dramático de las plantas con flores, y es crucial para el éxito reproductivo. Está controlado por la duración del día en las plantas”, señala a SINC Yu Hao, autor principal del estudio que publica PLoS Biology e investigador en  el departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad Nacional de Singapur.

El equipo de investigación buscó, a lo largo de cinco años y con la digitalización de tres millones de muestras, ciertas proteínas en las plantas para explicar el proceso de floración. Los resultados permiten identificar una molécula a la que llamaron FT interacción de la proteína-1 (FTIP1).
Según el estudio, las plantas con una versión no funcional del gen FTIP1 tardaban más en florecer en condiciones normales de luz (16 horas de luz al día). Sin embargo, con una versión funcional de este gen, su tiempo de floración volvió a la normalidad.
Estos hallazgos sugieren que el gen es clave para explicar cómo la luz controla la floración y es el primer regulador del florígeno (molécula que induce la floración). Es además un gran avance en la comprensión del control de tiempo de floración.
FTIP1 y otros genes similares, podrían usarse también como marcadores moleculares para el cultivo clásico de plantas y para la modificación genética selectiva de ciertos rasgos de la floración, con el objetivo de aumentar los rendimientos de los cultivos en ambientes cambiantes.