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¿Cómo cubren las plantas sus apuestas?

¿Cómo cubren las plantas sus apuestas?
Plántulas de Arabidopsis genéticamente idénticas que germinan en momentos variables. Crédito: Katie Abley

En algunos entornos, no hay forma de que una semilla sepa con certeza cuándo es el mejor momento para germinar.


por Kathy Grube, Universidad de Cambridge


En primavera, señales como la luz, la temperatura y el agua pueden sugerir a las semillas que las condiciones son óptimas para la germinación , pero una semana después, una sequía o una helada impredecibles podrían matar las plántulas emergentes.

Entonces, ¿cómo se asegura una planta de que toda su descendencia no muera a la vez por un estrés ambiental inoportuno después de la germinación?

Existe evidencia de que algunas especies de plantas producen semillas que germinan en diferentes momentos para protegerse de este riesgo. Muchas especies producen semillas que pueden entrar en un estado inactivo y existen en el suelo durante varios años y algunas también producen semillas que germinan en diferentes momentos dentro de una temporada.

Esto significa que si ocurren fluctuaciones ambientales letales, una fracción de la descendencia de una planta sobrevivirá como semillas, que pueden germinar en otro momento.

Esta variabilidad en el tiempo de germinación se puede ver incluso con semillas genéticamente idénticas cultivadas en un entorno idéntico.

En agricultura, la variabilidad en el tiempo de germinación puede ser un problema cuando se desea cosechar toda la cosecha al mismo tiempo. En cambio, los agricultores tienen que monitorear la madurez de sus cultivos, tomando medidas de múltiples plantas individuales para estimar cuándo es el mejor momento para cosechar.

Los científicos del Laboratorio Sainsbury de la Universidad de Cambridge (SLCU) utilizaron la planta modelo , el berro thale ( Arabidopsis thaliana ), para preguntar: ¿Qué hace que las semillas genéticamente idénticas germinen en diferentes momentos?

«Ya sabemos que dos hormonas vegetales, el ácido abscísico (ABA) que inhibe la germinación y el ácido giberélico (GA) que promueve la germinación, interactúan entre sí para controlar la decisión de germinar, pero queríamos saber cómo esta interacción crea variabilidad en la germinación. tiempos entre semillas «, dijo la Dra. Katie Abley, investigadora de SLCU y primera autora conjunta de la investigación publicada en eLife .

«Al medir los niveles de variabilidad en los tiempos de germinación para cientos de cepas genéticamente distintas de Arabidopsis , pudimos identificar dos regiones de ADN ( loci genéticos ) que controlan cuán variable es el tiempo de germinación. Ambos loci contienen genes que influyen en la sensibilidad de las semillas. a ABA y probar mutantes de estos genes proporcionó evidencia de que regulan la variabilidad en el tiempo de germinación «.

Usando esta nueva información, los investigadores generaron un modelo matemático de la red ABA-GA para comprender cómo las interacciones entre ABA y GA podrían hacer que un lote de semillas idénticas tenga un rango de tiempos de germinación. Querían comprender cómo la red podía dar lugar a diferentes niveles de variabilidad en el tiempo de germinación.

«Descubrimos que el cambio de la sensibilidad de ABA en el modelo replicaba las distribuciones experimentales del tiempo de germinación que observamos», explicó el Dr. Pau Formosa-Jordan, primer autor conjunto y ahora líder del grupo de investigación en el Instituto Max Planck de Investigación en Mejora de Plantas en Colonia, Alemania.

«En el modelo, los grupos de semillas con mayor sensibilidad a ABA germinan de una manera más esparcida porque, al sembrar, cada una de estas semillas depende de fluctuaciones estocásticas en la red ABA-GA para pasar de un estado de no germinación a un estado de germinación, que se conoce como comportamiento de cambio biestable. Sin embargo, las semillas con menor sensibilidad a ABA llegan más rápida y sincrónicamente al estado de germinación después de ser sembradas, sin la necesidad de las fluctuaciones estocásticas. Nuestro modelo estocástico sugiere un ABA-GA El cambio biestable puede generar variabilidad en los tiempos de germinación, estando influenciado el tiempo de germinación por fluctuaciones estocásticas en los niveles de hormonas «.

Si bien los investigadores esperan que haya otros efectos genéticos y biofísicos en juego que afecten la variabilidad en el tiempo de germinación , sus hallazgos muestran que este rasgo de la planta está genéticamente controlado y, por lo tanto, la variabilidad alta o baja en los tiempos de germinación podría, por lo tanto, seleccionarse específicamente para el mejoramiento de cultivos. programas o para la rehabilitación de áreas naturales con entornos muy variables.



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