Las plantas aprovechan la energía de la luz solar y el dióxido de carbono a través de un proceso llamado fotosíntesis que favorece la generación de carbohidratos, proteínas y aceites que se almacenan en semillas, como un grano de maíz, una soja o un grano de arroz.
por el Centro de Ciencias Vegetales Donald Danforth
Las semillas son un recurso fundamental para los seres humanos como alimento, forraje y combustible.
Bajo la dirección de Doug Allen, Ph.D., científico del Servicio de Investigación Agrícola del USDA y miembro del Centro Danforth, un equipo de científicos dirigido por Somnath Koley, Ph.D., científico investigador del Centro Danforth, descubrió que las vainas , a veces llamadas silicuas, que sirven como cubiertas protectoras que rodean las semillas en desarrollo , desempeñan un papel importante y subestimado en la fotosíntesis, apoyando el desarrollo de las semillas y su mayor rendimiento.
Sus hallazgos desafían la idea errónea de que las hojas son las únicas responsables de capturar la luz y el dióxido de carbono en las plantas. Este trabajo fue publicado en la revista Science Advances , titulado «Sinergia metabólica en tejidos reproductivos para el desarrollo de semillas».
Los investigadores se inspiraron para examinar el papel de las silicuas en las plantas después de observar sus tonos verdes brillantes y su posición elevada en la parte superior de la planta. A diferencia de las hojas, muchas de las cuales comienzan a marchitarse a medida que la planta se desarrolla, las silicuas son verdes y tienen una superficie importante expuesta a la luz solar durante el tiempo que las semillas se están llenando.
Su ubicación única en la parte superior de la planta permite a las silicuas acceder sin obstáculos a la luz solar, lo que puede impulsar la asimilación de dióxido de carbono de la atmósfera. Su proximidad innata a las semillas en desarrollo proporciona una fuente específica de carbono para el desarrollo de las semillas.
«Una de las conclusiones más interesantes de este estudio», señaló el Dr. Koley, «es el potencial fotosintético inexplorado de las silicuas verdes y su contribución a la productividad de las plantas». La capacidad de mejorar la capacidad fotosintética de diferentes tejidos de la planta que están expuestos a la luz solar podría conducir potencialmente a mayores rendimientos de semillas, mejorando la productividad de los cultivos, una implicación prometedora para la industria agrícola.
De hecho, los hallazgos de este estudio abren las puertas a explorar fenómenos en otros cultivos similares, como la canola, el pennycress o la soja, algunos de los cuales han documentado funciones en el metabolismo «verde» dentro de la propia semilla.
Los hallazgos respaldan una sinergia temporal adicional entre el momento de la actividad fotosintética en la silicua y el proceso de llenado de semillas. «El desarrollo temporal de las silicuas inmediatamente antes de las semillas y su proximidad proporcionan un sistema de entrega de nutrientes enfocado y justo a tiempo a las semillas contenidas en ellas», señaló el Dr. Allen, «en la última parte del ciclo de vida de la planta, cuando las las semillas necesitan nutrientes para llenarse, lo que describe una sinergia no documentada entre los tejidos».
En otras palabras, las silicuas impulsan el crecimiento exactamente cuando y donde las semillas lo necesitan.
Esta investigación fue un esfuerzo de colaboración permitido por la comunidad del Centro Danforth y sus excepcionales instalaciones. El Dr. Koley y el Dr. Allen reconocieron las contribuciones de investigación del Laboratorio de Bioimagen Avanzada, incluidos los coautores Kirk Czymmek, Ph.D. y Anastasiya Klebanovych, Ph.D. Una idea concebida por el Dr. Cyzmmek fue agregar tinte fluorescente para confirmar el transporte de sustancias entre la pared exterior de la vaina y la semilla .
«Las imágenes a menudo valen más que mil palabras en la búsqueda de una hipótesis científica», continuó el Dr. Allen, «y el enfoque de imágenes proporcionó una indicación temprana de que nuestras ideas eran razonables y apoyaban esfuerzos experimentales más cuantitativos».
Además, los equipos de las instalaciones de Proteómica y Espectrometría de Masas y de las Instalaciones de Crecimiento Vegetal fueron fundamentales en el trabajo, y los logros fueron un reflejo directo de la colaboración efectiva entre el Centro Danforth y el USDA-ARS.
Más información: Somnath Koley et al, Sinergia metabólica en los tejidos reproductivos de Camelina para el desarrollo de semillas, Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abo7683
