Agricultura Botánica y Genética Europa

Cómo diferentes plantas pueden compartir su material genético entre sí

Cómo diferentes plantas pueden compartir su material genético entre sí
Un injerto de tallo natural entre una haya (frente) y un arce (parte posterior) en un bosque cerca de Monroe, Nueva Jersey (imagen de la izquierda), y un injerto de tallo similar entre dos plantas de tabaco (derecha) en el invernadero. Crédito: MPI of Molecular Plant Physiology / Nature 511

El material genético de plantas, animales y humanos está bien protegido en el núcleo de cada célula y almacena toda la información que forma un organismo. 


por Max Planck Society


Por ejemplo, aquí está predefinida la información sobre el tamaño o el color de las flores, el pelo o el pelaje. Además, las células contienen pequeños orgánulos que contienen su propio material genético. Estos incluyen cloroplastos en plantas, que juegan un papel clave en la fotosíntesis, y mitocondrias, que se encuentran en todos los organismos vivos y representan las plantas de energía de cada célula. Como se sabe hasta ahora, el material genético puede migrar de una célula a otra y, por tanto, incluso intercambiarse entre distintos organismos. Los investigadores del Instituto Max Planck de Fisiología Vegetal Molecular en Potsdam ahora han podido utilizar nuevos enfoques experimentales para mostrar por primera vez cómo viaja el material genético.

La transferencia de material genético ocurre con bastante frecuencia en las plantas. Esto puede resultar en una nueva combinación del material genético o, alternativamente, la célula receptora puede establecer ambas variantes genéticas en paralelo. Esta unión de dos genomas diferentes, denominada alopoliploidización, es muy interesante en términos evolutivos, ya que conduce a la formación de nuevas especies vegetales y está muy extendida en muchos grupos de plantas. Muchos cultivos importantes, como el pan y el trigo duro , la avena, el algodón, la canola, el café y el tabaco, tienen genomas combinados de al menos dos especies cruzadas.

Para comprender los mecanismos de transferencia del genoma de una célula a otra, los investigadores dirigidos por Ralph Bock en el Instituto Max Planck de Fisiología Vegetal Molecular realizaron experimentos con plantas de tabaco mediante injertos, que se utilizan comúnmente en la agricultura. Aquí, se injertaron dos plantas de tabaco diferentes entre sí y las células de la unión se observaron microscópicamente en tiempo real.

Plastidios fluorescentes

Para diferenciar entre el genoma del núcleo y los plástidos, se integraron proteínas informadoras fluorescentes y se expresaron a partir de ambos genomas, y los investigadores utilizaron un truco utilizando una especialización de los cloroplastos. En los plástidos, se integra un gen por transformación que codifica una proteína de fluorescencia específica del cloroplasto, que se produce exclusivamente en los plástidos y no puede dejarlos. Esto crea una etiqueta absolutamente específica y estable para los plástidos.

Después de poco tiempo, los dos socios crecen juntos en la unión del injerto, lo que resulta en una conexión fisiológica entre las dos plantas. «Pudimos observar que la transferencia del genoma de una célula a otra ocurre en ambas direcciones con alta frecuencia en este sitio», explica Alexander Hertle, primer autor del estudio.

Protuberancias de la pared celular

Usando una nueva configuración experimental, los investigadores pudieron observar cambios estructurales en las paredes celulares en el tejido de la herida del sitio del injerto. «Las paredes celulares formaron protuberancias, creando uniones entre los dos socios. El tamaño de esos poros creados permite la migración de un plastidio completo. Por lo tanto, el genoma no migra libremente, sino que se encapsula de una célula a otra», continúa Hertle. Sin embargo, para que esto sea posible, los plástidos deben encogerse y volverse móviles. Estos plastidios en forma de varilla son iguales a una ameba y vuelven a crecer a su tamaño normal después de la transferencia al tejido objetivo.

Los investigadores han descubierto así una nueva vía para el intercambio intercelular de estructuras celulares muy grandes, que también pueden ser utilizadas por plantas parásitas , como el muérdago, para llevar a cabo el intercambio de genes con su huésped. Además, ahora es necesario aclarar si las mitocondrias y el genoma nuclear también utilizan mecanismos de transferencia similares.


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