Agricultura Botánica y Genética Resto del Mundo

El equipo de investigación ilumina el sistema mediante el cual las plantas han formado brotes secundarios desde la antigüedad


Un grupo de investigación colaborativo ha logrado identificar un factor de transcripción importante, GCAM1, que permite que las plantas de hepática se reproduzcan asexualmente mediante la creación de progenies clonales (reproducción vegetativa). 


por la Universidad de Kobe


Además, se reveló que este factor de transcripción tiene el mismo origen que los que regulan la formación secundaria de brotes en las angiospermas. El hecho de que este factor de transcripción se haya encontrado en la hepática sugiere que fue un desarrollo antiguo importante en el ancestro común de las plantas terrestres hace al menos 430 millones de años.

Se espera que estos descubrimientos conduzcan al desarrollo de tecnologías para aumentar la tasa de cultivo de una variedad de plantas en agricultura y horticultura.

El grupo estaba formado por el investigador Yukiko Yasui (ahora profesor asistente en la Universidad de Kioto) y el profesor asociado Kimitsune Ishizaki de la Escuela de Graduados de Ciencias de la Universidad de Kobe, además de miembros de las universidades de Kyoto, Shinshu y Kindai, y el Instituto Max Planck para la Investigación de Fitomejoramiento (MPIZ)

Estos resultados de investigación fueron publicados en la revista científica estadounidense Current Biology el 7 de noviembre de 2019.

Los meristemos son grupos de células indiferenciadas o no especializadas ubicadas en áreas de plantas donde el crecimiento puede ocurrir, generalmente en las puntas de la planta. Estos meristemos permiten que crezcan nuevos brotes y flores, además de permitir que muchas variedades de plantas se reproduzcan asexualmente creando clones de sí mismas. Este proceso se llama reproducción vegetativa. Las progenies clonales formadas a través de la reproducción vegetativa tienen la misma composición genética que la planta madre. La reproducción vegetativa ocurre en diferentes áreas dependiendo de la variedad de plantas, por ejemplo, tallos (papa, fresa), raíces (batata) o incluso hojas (kalanchoe). También se puede inducir usando una serie de técnicas, como esquejes e injertos, y se utiliza comúnmente para producir plantas tanto en agricultura como en horticultura. Sin embargo,

El equipo de investigación ilumina el sistema mediante el cual las plantas han formado brotes secundarios desde la antigüedad
Figura 2: Apariencia del mutante GCAM1. Arriba: plantas de hepática de tres semanas de edad. A la izquierda hay una hepática normal de tipo salvaje (utilizada como control) y a la derecha hay una hepática mutante con el gen GCAM1 eliminado. Abajo: sección transversal de la copa de gema. Las flechas rojas indican cámaras de aire y las flechas azules muestran la escala abdominal. En el mutante (a la derecha), las copas de gema no se formaron. Crédito: Universidad de Kobe

La reproducción vegetativa en la hepática se lleva a cabo dentro de las copas de gema, que se forman en la superficie del cuerpo de la planta (Figura 1). Un grupo de investigación compuesto por algunos de los mismos miembros recientemente iluminó el mecanismo por el cual las gemas se desarrollan dentro de la copa de gema. Sin embargo, todavía no estaba claro qué mecanismo permitió que se formaran copas de gema en primer lugar.

Este grupo de investigación buscó iluminar qué genes juegan un papel importante en la formación de la copa de gema mediante un análisis exhaustivo de la expresión génica. A través de este análisis encontraron un factor de transcripción, que llamaron MYB1 asociado a la copa Gemma (GCAM1). Descubrieron que la eliminación de este gen GCAM1 de la planta evitaba que se formaran copas de gema (mutante GCAM1 – Figura 2). Sin embargo, la eliminación de este gen no afectó otros aspectos del crecimiento de la planta aparte de las copas de gema, lo que los llevó a concluir que las proteínas GCAM1 que codifican el gen GCAM1 son vitales para desencadenar la formación de copas de gema.

Luego, iluminaron la función de las proteínas GCAM1 con el objetivo de controlar la formación de la copa de gema. Para hacer esto, crearon una sobreexpresión de proteínas GCAM1 dentro de la planta de hepática. Cuando la función proteica de GCAM1 se sobreexpresa, la planta no puede crecer y aumentan las células no diferenciadas con propiedades de células madre (Figura 3). Con base en este resultado, se cree que GCAM1 es responsable de suprimir la diferenciación celular en las regiones de meristema, lo que en condiciones normales permitiría la formación de gemas y gemas.

GCAM1 es un gen del factor de transcripción R2R3-MYB. Se sabe que la misma subfamilia de genes en Angiospermas tiene una función de formación de yemas axilares (RAX en Arabidopsis thaliana y Ciego en plantas de tomate). Para investigar esta relación evolutiva, se realizó un experimento utilizando la planta modelo Arabidopsis thaliana.

Anteriormente se descubrió que las plantas mutantes de Arabidopsis thaliana sin el gen RAX desarrollan pocos brotes axilares en comparación con la planta de tipo salvaje (control). Sin embargo, este grupo de investigación descubrió que la introducción del gen GCAM1 en este mutante hacía que aumentara el número de brotes axilares. El gen GCAM1 de Liverwort mostró la misma función en Arabidopsis thaliana, lo que indica que el gen RAX y el gen GCAM1 son ortólogos (Figura 4). Los ortólogos son genes de diferentes especies que evolucionaron a partir de un gen ancestral común y, por lo tanto, conservan la misma función.

Se reveló que el gen GCAM1 de la hepática y los genes responsables de la formación de brotes axilares en las angiospermas son ortólogos. A partir de este hallazgo, se supone que la formación de la copa de gema en la hepática y la formación de brotes axilares en las angiospermas tienen el mismo mecanismo.

La tecnología para controlar la formación de brotes axilares en angiospermas podría usarse para aumentar directamente la producción de cultivos. Se espera que una mayor investigación sobre GCAM1 pueda proporcionar una base para dicha tecnología. Luego, es necesario iluminar la red involucrada en el manejo de GCAM1 e investigar los puntos en común entre la hepática y las angiospermas. Esto contribuirá no solo a la comprensión de la reproducción vegetativa en la hepática, sino que también revelará el mecanismo común por el cual las plantas producen nuevos brotes.


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