Los granos de polen del maíz, el arroz y el resto de los cereales necesitan almacenar almidón como reserva energética para su posterior uso durante la fertilización.
Un equipo de investigación, dirigido por el Dr. Ivan Acosta, del Instituto Max Planck de Investigación en Fitomejoramiento de Colonia (Alemania), junto con colegas del Centro de Ciencias Vegetales de Umeå (Suecia), el Instituto Max Planck de Fisiología Molecular de las Plantas (Alemania) y la Universidad de Rutgers (EE. UU.), ha identificado la fitohormona auxina como un factor clave en la producción de energía durante la maduración del polen de la cebada.
El estudio, publicado en Current Biology , muestra un vínculo directo entre la auxina y la fertilidad del polen , lo que supone una herramienta importante para mejorar el mejoramiento de plantas y un gran paso hacia la agricultura sostenible.
Tras un largo día jugando y corriendo al aire libre, a veces nos preguntamos cuánta comida pueden ingerir los niños pequeños. Su necesidad de energía varía según las circunstancias. Esta variación en el consumo de energía también ocurre en las primeras etapas del desarrollo, cuando nuestras células necesitan crecer y madurar, desarrollando sus diferentes funciones. Si bien los cambios en la gestión energética , regulados por hormonas y reguladores específicos, se han estudiado en detalle en las células animales , la investigación durante el desarrollo vegetal se encuentra en sus inicios.
Las plantas realizan la fotosíntesis para su desarrollo y crecimiento. Durante la fotosíntesis, el dióxido de carbono, junto con el agua y la energía en forma de luz, se transforma en oxígeno, glucosa (azúcar) y almidón . El almidón se almacena como reserva energética para garantizar que la planta continúe creciendo y desarrollándose cuando la energía lumínica no está disponible.
El almacenamiento de almidón también es necesario para el desarrollo y crecimiento del polen de cereales. Sin la producción de almidón, el polen no es fértil y la planta no puede reproducirse. Sin embargo, aún no se ha aclarado cómo y cuándo se acumula el almidón en el polen.
Una cuestión de energía
Dado que todos los componentes básicos para la producción de almidón provienen de la planta madre, su producción sigue siendo una cuestión de energía, siendo el factor limitante. En este estudio, los investigadores identificaron la auxina como la hormona esencial para impulsar el flujo de energía durante la maduración del polen de cebada. La auxina es necesaria para aumentar la producción de genes y vías que generan energía en forma de ATP (trifosfato de adenosina), la unidad molecular de intercambio de energía en las células. Por lo tanto, la presencia de auxina activa resulta en un mayor flujo de las vías de producción de energía , lo que conduce a una alta acumulación de almidón en el polen.
Sorprendentemente, mediante el uso de tecnologías genéticas moleculares avanzadas, el equipo de científicos descubrió que el polen de cebada es capaz de producir auxina por sí mismo, independientemente de la planta madre. Identificaron una enzima específica del polen, denominada HvYUCCA4, responsable del último paso de la síntesis de auxina. Los investigadores utilizaron una planta mutante llamada genética masculina estéril 38 (msg38), donde HvYUCCA4 no es funcional y el polen es incapaz de producir auxina y almacenar almidón. Como resultado, el polen de las plantas msg38 no es fértil. Con la ayuda de este mutante, el equipo obtuvo más información sobre el complejo y sensible al tiempo mecanismo para la producción de almidón. Para asegurar el desarrollo exitoso del polen, la producción de almidón debe comenzar en un punto específico y completarse justo antes de que el polen se libere de la antera, el órgano que lo produce y dispersa. La auxina es una señal que coordina la sincronización correcta de estos eventos.
Implicaciones para la agricultura
Los hallazgos destacan cómo una comprensión biológica profunda de los cultivos permitirá amplias aplicaciones para el futuro de la agricultura. Un avance importante hacia el control de la fertilidad en la cebada y otros cultivos, así como hacia el desarrollo de nuevas líneas híbridas.
«Nuestros descubrimientos tendrán un gran impacto tanto en la investigación fundamental de plantas como en el mejoramiento aplicado de cereales», afirma Acosta. «El polen de cebada será un excelente sistema modelo para estudiar la síntesis y la señalización de auxinas sin los efectos pleiotrópicos comúnmente asociados con la deficiencia de auxinas en otras plantas. La función muy específica de HvYUC4 en el desarrollo del polen de cebada sugiere de inmediato la inhibición química de esta enzima en particular como método para controlar la fertilidad masculina en cultivos de cereales; esta estrategia permitiría la producción a gran escala de semillas híbridas entre múltiples pares progenitores, un sueño de los mejoradores que aún no se ha realizado».
Más información: Dhika Amanda et al., La auxina potencia las vías de generación de energía para impulsar la maduración del polen en la cebada, Current Biology (2022). DOI: 10.1016/j.cub.2022.02.073
