Investigadores de Cambridge han demostrado que las plantas pueden regular la química de la superficie de sus pétalos para crear señales iridiscentes visibles para las abejas.
por la Universidad de Cambridge
Si bien la mayoría de las flores producen pigmentos que parecen coloridos y actúan como una señal visual para los polinizadores, algunas flores también crean patrones tridimensionales microscópicos en la superficie de sus pétalos. Estas estrías paralelas reflejan longitudes de onda de luz particulares para producir un efecto óptico iridiscente que no siempre es visible para los ojos humanos, pero sí para las abejas.
Hay mucha competencia por la atención de los polinizadores y, dado que el 35 % de los cultivos del mundo dependen de los polinizadores animales, comprender cómo las plantas crean patrones de pétalos que agradan a los polinizadores podría ser importante para dirigir futuras investigaciones y políticas en agricultura, biodiversidad y conservación.
La investigación dirigida por el equipo de la profesora Beverley Glover en el Departamento de Ciencias de las Plantas de Cambridge reveló que hay más en el patrón de los pétalos de lo que parece. Los resultados anteriores indicaron que el pandeo mecánico de la delgada capa protectora de la cutícula en la superficie de los pétalos jóvenes en crecimiento podría desencadenar la formación de crestas microscópicas.
Estas crestas semiordenadas actúan como rejillas de difracción que reflejan diferentes longitudes de onda de luz para crear un débil efecto de halo azul iridiscente en el espectro azul-UV que pueden ver los abejorros. Sin embargo, no se entendió por qué esas estrías solo se forman en ciertas flores o incluso solo en ciertas partes de los pétalos.
Edwige Moyroud, quien comenzó esta investigación en el laboratorio del profesor Glover y ahora dirige su propio grupo de investigación en el Laboratorio Sainsbury, ha desarrollado el hibisco nativo australiano, la malva de Venecia (Hibiscus trionum), como una nueva especie modelo para tratar de comprender cómo y cuándo estas nanoestructuras se desarrollan.
«Nuestro modelo inicial predijo que la cantidad de células que crecen y la cantidad de cutícula que producen esas células eran factores clave que controlaban la formación de estrías», dijo el Dr. Moyroud, «pero cuando comenzamos a probar el modelo usando trabajo experimental en malva de Venecia, descubrimos que su formación también depende en gran medida de la química de la cutícula, lo que afecta la forma en que la cutícula responde a las fuerzas que causan el pandeo».
«La siguiente pregunta que queremos explorar es cómo las diferentes químicas pueden cambiar las propiedades mecánicas de la cutícula, como material de construcción de nanoestructuras. Puede ser que las diferentes composiciones químicas den como resultado una cutícula con una arquitectura diferente o con una rigidez diferente y, por lo tanto, de diferentes maneras. de reaccionar a las fuerzas experimentadas por las células a medida que crece el pétalo».
Este proyecto reveló que existe una combinación de procesos que trabajan juntos y permiten que las plantas den forma a sus superficies. El Dr. Moyroud agregó: «Las plantas son químicos formidables y estos resultados ilustran cómo pueden ajustar con precisión la química de su cutícula para producir diferentes texturas en sus pétalos. Los patrones formados a escala microscópica pueden cumplir una variedad de funciones, desde la comunicación con los polinizadores hasta defensa contra herbívoros o patógenos».
«Son ejemplos sorprendentes de diversificación evolutiva y al combinar experimentos y modelos computacionales estamos comenzando a comprender un poco mejor cómo las plantas pueden fabricarlos».
Los hallazgos serán publicados en Current Biology .
«Estos conocimientos también son útiles para el trabajo de biodiversidad y conservación porque ayudan a explicar cómo las plantas interactúan con su entorno», dijo el profesor Glover, quien también es director del Jardín Botánico de la Universidad de Cambridge, en el que los investigadores observaron por primera vez las flores iridiscentes de Venecia. malva.
«Por ejemplo, las especies que están estrechamente relacionadas pero que crecen en diferentes regiones geográficas pueden tener patrones de pétalos muy diferentes. Comprender por qué varía el patrón de los pétalos y cómo esto podría afectar la relación entre las plantas y sus polinizadores podría ayudar a informar mejor las políticas en el manejo futuro. de los sistemas ambientales y la conservación de la biodiversidad».
Investigando qué impulsa el patrón de pétalos en 3D
Los investigadores adoptaron un enfoque gradual para las investigaciones. Primero observaron el desarrollo de los pétalos y notaron que los patrones de la cutícula aparecen cuando las células se alargan, lo que sugiere que el crecimiento era importante. Luego determinaron si la medición de parámetros físicos relacionados con el crecimiento, como la expansión celular y el grosor de la cutícula, podían predecir adecuadamente los patrones observados, y descubrieron que no podían. Luego dieron un paso atrás para tratar de identificar lo que faltaba.
Las propiedades de un material, ya sea inorgánico o producido por células vivas como la cutícula, probablemente dependan de la naturaleza química de este material. Con esto en mente, los investigadores decidieron observar la química de la cutícula y descubrieron que, de hecho, este es un factor de control. Para hacer esto, primero usaron un nuevo método del campo de la química para analizar la composición de la cutícula en puntos muy específicos del pétalo. Esto mostró que las regiones de pétalos con texturas contrastantes (lisas o estriadas) también difieren en la química de su superficie.
En comparación con la cutícula lisa, encontraron que la cutícula estriada tiene altos niveles de ácido dihidroxipalmítico y ceras y bajos niveles de compuestos fenólicos. Para probar si la química de la cutícula era realmente importante, fueron pioneros en un enfoque transgénico en Hibiscus para alterar la química de la cutícula directamente en las plantas, utilizando genes similares a los que se sabe que controlan la producción de moléculas de cutícula en una planta modelo diferente, Arabidopsis.
Esto demostró que la textura de la cutícula se puede modificar, sin cambiar el crecimiento celular, simplemente modificando la composición de la cutícula. ¿Cómo puede la química de la cutícula controlar su plegamiento 3D? Los investigadores creen que un cambio en la química de la cutícula afecta las propiedades mecánicas de la cutícula ya que, incluso cuando se estiran con un dispositivo especial, los pétalos transgénicos con cutícula lisa se mantienen suaves, a diferencia de los de las plantas de tipo salvaje.
Más información: Edwige Moyroud et al, La química de la cutícula impulsa el desarrollo de rejillas de difracción en la superficie de los pétalos de Hibiscus trionum, Current Biology (2022). DOI: 10.1016/j.cub.2022.10.065
