Con el aumento de las temperaturas globales y la disminución de las poblaciones de polinizadores, la producción de alimentos se ha vuelto cada vez más difícil para los agricultores del mundo.
por la Universidad de Maryland
Un nuevo estudio de investigadores del Departamento de Biología Celular y Genética Molecular de la Universidad de Maryland aborda esta cuestión, proporcionando información sobre exactamente cómo las plantas con flores desarrollan frutos y semillas .
«Comprender este proceso es especialmente importante porque los cultivos alimentarios comunes, como el cacahuete, el maíz, el arroz y las fresas, son frutos y semillas derivados de flores», afirmó Zhongchi Liu, autor principal del estudio y profesor de biología celular y genética molecular en la UMD. «Saber cómo las plantas ‘deciden’ convertir parte de sus flores en frutos y semillas es crucial para la agricultura y nuestro suministro de alimentos».
El estudio fue publicado en la revista Nature Communications el 9 de julio de 2022.
En el estudio, Liu y su equipo se propusieron descubrir cómo la fertilización (o polinización) impulsa a una planta con flores a iniciar el proceso de desarrollo del fruto. El equipo sospechaba que un sistema de comunicación interno era responsable de indicar a la planta que desarrollara el fruto, pero los investigadores no estaban seguros de cómo se activaba dicho sistema mediante la fertilización o la polinización.
Para averiguarlo, el equipo simuló los mecanismos de polinización y desarrollo del fruto utilizando plantas de fresa. Según Liu, las fresas son especialmente adecuadas para el modelado de la fertilización debido a su estructura única y la ubicación de sus semillas.
«Al ser una fruta ‘invertida’, las semillas de fresa son mucho más fáciles de manipular y observar que las semillas de otras frutas como los tomates», explicó Liu. «Esto nos facilitó la observación de las semillas y la extracción de información genética en diferentes etapas del desarrollo de la planta».
Liu y su equipo identificaron AGL62, un gen presente en todas las plantas con flores , como el desencadenante de la producción de frutos y semillas en una planta.
Según Liu, AGL62 estimula la producción de auxina, una hormona esencial del crecimiento vegetal. Una vez activado el gen, se sintetiza auxina para impulsar la formación de la testa (la capa protectora externa de la semilla), el endospermo (la parte de la semilla que proporciona alimento al embrión vegetal en desarrollo) y el fruto. El papel de la auxina en la regulación del crecimiento del endospermo es especialmente importante para los investigadores, ya que influye en el tamaño del grano y el crecimiento del fruto.
«Los niveles de auxina pueden limitar el tamaño del endospermo y la cantidad de nutrientes que este puede acumular para el embrión de la planta», explicó Liu. «Un mayor nivel de auxina puede aumentar el tamaño del grano y estimular el crecimiento del fruto. Cuando hay menos auxina, los endospermos no pueden alimentar adecuadamente a los embriones de la planta, lo que resulta en una menor productividad del cultivo: frutos más pequeños o deformados que no son comercialmente viables».
Mediante CRISPR, una novedosa técnica de manipulación genética, Lei Guo, el primer autor, logró interrumpir la función de AGL62. Como resultado, las plantas de fresa no pudieron producir frutos ni semillas, lo que demuestra el papel crucial de AGL62 en este proceso.
En la naturaleza, la polinización induce al gen AGL62 a desencadenar la producción de auxina , un proceso necesario para el desarrollo óptimo de frutos y semillas. Pero al identificar esta relación entre el gen y la hormona, Liu y su equipo han sentado las bases que podrían permitir a los agricultores activar el AGL62 mediante biotecnología, evitando por completo la polinización; en otras palabras, crear frutos «vírgenes».
Liu cree que estos hallazgos son especialmente importantes en un momento en que el calentamiento global está afectando la producción de alimentos en todo el mundo.
«El calor extremo mata tanto a los polinizadores como al polen mismo, por lo que el cambio climático es un gran desafío que debemos superar», afirmó Liu. «Aprender más sobre el gen AGL62 nos ha proporcionado nuevas perspectivas sobre cómo aumentar potencialmente la productividad de los cultivos agrícolas, en particular los que constituyen nuestro suministro de alimentos».
Más información: Lei Guo et al., Mecanismo de síntesis de auxinas inducida por la fertilización en el endospermo para el desarrollo de semillas y frutos, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31656-y
