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¿Cómo saben las semillas que es un buen momento para germinar?

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Crédito: Pixabay / CC0 Public Domain

Las semillas de plantas deshidratadas pueden permanecer inactivas durante períodos prolongados, más de 1.000 años en algunas especies, antes de que la disponibilidad de agua pueda desencadenar la germinación. 


por Carnegie Institution for Science


Esto protege a la planta embrionaria en el interior de una variedad de tensiones ambientales hasta que las condiciones sean favorables para el crecimiento y la supervivencia. Sin embargo, el mecanismo por el cual la planta bebé detecta el agua y reactiva la actividad celular ha sido un misterio hasta ahora.

Un nuevo trabajo dirigido conjuntamente por Yanniv Dorone y Sue Rhee de Carnegie y Steven Boeynaems y Aaron Gitler de la Universidad de Stanford descubrió una proteína que juega un papel crítico en este proceso: detener la germinación si las condiciones hidrológicas del suelo no son ideales. o permitir que continúe si las posibilidades de supervivencia son buenas. Sus hallazgos tienen importantes implicaciones para comprender la ecología de las plantas en un mundo en calentamiento y para la posibilidad de diseñar cultivos resistentes a la sequía que puedan sobrevivir al cambio climático y combatir el hambre en el mundo.

Su trabajo se publica en Cell .

Dorone, Rhee, Boeynaems, Gitler y sus colegas, incluidos Benjamin Jin, Shannon Hateley, Flavia Bossi, Elena Lazarus y Moises Exposito-Alonso de Carnegie, utilizaron técnicas de investigación molecular, fisiológica y ecológica para revelar una proteína previamente no caracterizada que nombraron FLOE1.

«A pesar de la extraordinaria dureza de muchas semillas, las plantas todavía son más vulnerables durante esta etapa de sus vidas, porque la germinación debe ser programada con precisión para asegurar la mayor posibilidad de supervivencia. Una vez que comienza la germinación, la planta no puede volver a su estado de hibernación. No se puede volver a meter al genio en la botella «, explicó Dorone. «Entonces, una proteína como FLOE1 es crucial para la capacidad de una planta de caminar por la cuerda floja entre demasiado pronto y demasiado tarde».

Proteínas FLOE1 marcadas con proteína fluorescente verde (GFP) que fluyen a través del citoplasma en las células del tabaco. 
Crédito: Yanniv Dorone.

La clave de las capacidades de FLOE1 es un fenómeno biofísico descubierto recientemente que es un tema de investigación candente en este momento llamado separación de fases. Este mecanismo permite que las células compartimenten dinámicamente las biomoléculas en conjuntos sin membrana, en lugar de acordonarlas en un orgánulo celular rodeado por una membrana.

«Piense en un orgánulo como un edificio de oficinas donde los componentes de la célula se asignan para completar sus trabajos fisiológicos; mientras que, estos ensamblajes habilitados para la separación de fases son más como un maker faire o hackathon, donde las proteínas pueden unirse para realizar una tarea y luego desembolsar cuando esté completo «, dijo Rhee. «Descubrimos que la capacidad de FLOE1 para iniciar muy rápidamente este tipo de reunión temporal es crucial para su funcionalidad».

Cuando una semilla inactiva detecta humedad en su proximidad, FLOE1 se ensambla casi instantáneamente en la celda para probar las aguas, por así decirlo, y determinar si las condiciones son buenas para que la semilla se reactive y comience a crecer. Debido a que la agregación FLOE1 es temporal y reversible, puede actuar como una señal de ir o no ir, deteniendo la germinación si se determina que la disponibilidad de agua no es óptima, o permitiendo que continúe si el ambiente tiene suficiente agua para apoyar un crecimiento exitoso.

«Creemos que este es el primer estudio que proporciona información sobre cómo las semillas pueden percibir directamente su estado de hidratación y actuar sobre él», agregó Rhee.

Reconstrucción y segmentación por tomografía electrónica de orgánulos unidos a la membrana (en azul) de una célula embrionaria de Arabidopsis.  Crédito: Jannice G. Pennington y Marisa S. Otegui

Los autores dicen que su descubrimiento podría sentar las bases para la ingeniería de cultivos que sean capaces de aprovechar las capacidades de FLOE1 para resistir los efectos perjudiciales del cambio climático. Este tipo de mejora será cada vez más importante para combatir el hambre en todo el mundo.

Aunque su trabajo se llevó a cabo utilizando Arabidopsis thaliana verde mostaza experimental, Dorone, Rhee, Boeynaems y Gitler encontraron que FLOE1 está presente en todo el reino vegetal, incluso en plantas que preceden a la evolución de las semillas, lo que significa que podría desempeñar muchas funciones adicionales en fisiología celular vegetal, que podría tener un potencial adicional de bioingeniería.

«Además, FLOE1 es la primera proteína conocida que se separa de manera reversible en fases durante los ciclos de hidratación-deshidratación, pero es probable que se produzcan procesos similares en otros organismos que han desecado períodos de inactividad, incluidos los patógenos humanos», concluyó Dorone.



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