Plantas experimentales desarrollaron frutos sin fertilización y multiplicaron el rendimiento temprano en un invernadero durante el invierno
Redactor: Santiago Duarte
Editor: Eduardo Schmitz
Investigadores de la Universidad Hebrea de Jerusalén identificaron un sistema genético que coordina el desarrollo de las flores y la formación de frutos en el tomate. Al modificar componentes específicos mediante la herramienta CRISPR, obtuvieron plantas capaces de producir tomates sin fertilización y mantener una fructificación considerablemente mayor bajo las bajas temperaturas del invierno.
El estudio fue dirigido por la profesora Naomi Ori y la investigadora doctoral Nave Man, en colaboración con científicos del Instituto Leibniz de Bioquímica Vegetal, en Alemania, y la Organización de Investigación Agrícola de Israel, conocida como Instituto Volcani. Los resultados fueron publicados en la revista New Phytologist.
En experimentos realizados dentro de un invernadero durante el invierno, las plantas editadas produjeron inicialmente más de 18 veces la cantidad de frutos registrada en ejemplares convencionales. Al finalizar la cosecha, generaron seis veces más tomates maduros y diez veces el peso total de frutos maduros.
La formación del tomate depende de una secuencia sincronizada
Antes de que aparezca un tomate, los órganos masculinos y femeninos de su flor deben desarrollarse de manera coordinada. Las anteras necesitan abrirse en el momento adecuado para liberar polen, que posteriormente debe conservar su viabilidad y permitir la fertilización.
Las alteraciones genéticas y el estrés ambiental pueden interrumpir esa secuencia. Las bajas temperaturas reducen la viabilidad del polen y dificultan la fecundación, mientras que el calor extremo también puede afectar el cuajado. La sensibilidad reproductiva explica por qué una planta puede conservar hojas y tallos aparentemente saludables, pero perder flores o producir pocos frutos.
La relación entre temperatura y reproducción ya había sido observada en estudios sobre los efectos de las bajas temperaturas sobre el crecimiento y la floración del tomate. El frío puede alterar el desarrollo floral, la fotosíntesis, la actividad enzimática y el rendimiento, especialmente en un cultivo adaptado a condiciones relativamente cálidas.
La nutrición también interviene en la etapa reproductiva. Por ejemplo, el boro contribuye a la germinación del polen y al crecimiento del tubo polínico. Sin embargo, el nuevo trabajo se concentró en un mecanismo interno que regula simultáneamente la estructura floral, la liberación del polen y el comienzo del fruto.
El sistema miR167–ARF8 regula la flor y el cuajado
Los científicos estudiaron una vía vinculada con la auxina, hormona vegetal que regula numerosos procesos de crecimiento y reproducción. Dentro de ese sistema, determinados factores activan la respuesta hormonal, mientras que un pequeño ARN regulador denominado miR167 funciona como freno y evita una actividad excesiva de genes fundamentales.
El equipo identificó la participación de dos genes estrechamente relacionados, SlARF8A y SlARF8B. Ambos trabajan de manera conjunta para sincronizar el desarrollo de los estambres y el pistilo, los órganos reproductivos masculino y femenino de la flor. Uno de ellos también ayuda a determinar cuándo se abren las anteras para liberar el polen.
Los investigadores emplearon CRISPR para modificar distintos componentes de este equilibrio. En lugar de actuar sobre un único rasgo aislado, alteraron tanto los elementos que promueven la respuesta como los que la restringen, con el objetivo de comprender cómo interactúan durante la floración y el establecimiento del fruto.
Los ensayos revelaron una combinación genética con un resultado particular: las plantas comenzaron a desarrollar frutos sin que ocurriera la fertilización. Este proceso, conocido como partenocarpia, genera tomates sin semillas y evita que el cuajado dependa completamente de la viabilidad del polen bajo condiciones ambientales desfavorables.
Las plantas editadas adelantaron la producción invernal
Los tomates partenocárpicos comenzaron a formarse antes bajo todas las condiciones evaluadas. La diferencia se hizo especialmente visible durante el invierno, cuando las plantas convencionales produjeron pocos frutos o no consiguieron establecerlos, mientras que los ejemplares editados mantuvieron su desarrollo.
Al término del experimento, la mayoría de los tomates de las plantas modificadas ya había madurado y adquirido color rojo. En los ejemplares sin editar, la mayor parte de los frutos permanecía verde, señal de que no solamente existió una diferencia en cantidad, sino también en la velocidad de desarrollo y maduración dentro del período observado.
Las plantas experimentales presentaron además una estructura más compacta. Según los investigadores, destinaron una proporción mayor de sus recursos a la producción de frutos en lugar de concentrarlos en el crecimiento de tallos y hojas.
El resultado complementa otra línea de investigación que logró aumentar la resistencia del tomate al frío mediante la regulación de esteroles glicosilados. Aquel enfoque busca proteger las células y conservar la capacidad fotosintética, mientras que el nuevo estudio actúa directamente sobre la coordinación reproductiva y el cuajado.
Una posible herramienta para estabilizar las cosechas
La capacidad de producir sin fertilización podría ayudar a extender las temporadas de tomate y mejorar la regularidad de las cosechas invernales, sobre todo cuando el frío impide que el polen funcione correctamente. Este efecto podría resultar de interés para sistemas protegidos que necesitan mantener una oferta estable durante meses con temperaturas limitantes.
La partenocarpia también puede ser útil en tomates destinados al procesamiento industrial. Los frutos sin semillas y con menor contenido de material gelatinoso pueden presentar ventajas para determinados productos elaborados, aunque esas posibles aplicaciones deberán evaluarse en variedades comerciales.
Naomi Ori señaló que el estudio permite comprender cómo la planta mantiene un equilibrio genético para coordinar el desarrollo floral, la liberación del polen y el inicio del fruto. Este conocimiento podría utilizarse en programas de mejoramiento orientados a producir de forma más fiable cuando las temperaturas dificultan la fertilización normal.
El hallazgo se suma a investigaciones que utilizan la edición genética para modificar características productivas del tomate. Entre ellas se encuentra el trabajo sobre genes duplicados que influyen en la floración, el tamaño y la forma de tomates y berenjenas.
Faltan evaluaciones antes de una aplicación comercial
Los resultados proceden de plantas experimentales y no implican que la tecnología esté lista para llegar a las explotaciones agrícolas. Los investigadores deberán determinar cómo las modificaciones afectan el tamaño, sabor, textura, composición y calidad general de los frutos.
También será necesario introducir las combinaciones genéticas en variedades utilizadas por los productores y comprobar su estabilidad bajo diferentes condiciones de cultivo. El desempeño observado en un invernadero durante el invierno no permite anticipar automáticamente la respuesta en campo abierto, otras regiones climáticas o ciclos productivos completos.
Los estudios posteriores tendrán que analizar si el aumento en cantidad y precocidad se mantiene sin perjudicar características comerciales importantes. Asimismo, deberán evaluar la respuesta frente a otras tensiones ambientales y establecer si el crecimiento compacto resulta favorable para distintos sistemas de manejo.
La investigación no convierte al tomate en una planta resistente a las heladas ni elimina todos los efectos del frío. Su aportación específica consiste en reducir la dependencia de la fertilización durante el cuajado, una etapa especialmente vulnerable cuando las bajas temperaturas disminuyen la viabilidad del polen.
Fuentes referenciales:
Phys.org – Sistema genético para la producción de tomates bajo bajas temperaturas
New Phytologist – The miR167–ARF8 module coordinates stamen–pistil development and fruit set in tomato
