Las hojas de las plantas tienen muchas formas, tamaños y complejidades diferentes. Algunas hojas son grandes y lisas, mientras que otras son más pequeñas y dentadas.
por Georgia Jiang, Universidad de Maryland
Algunas hojas crecen en pedazos únicos mientras que otras forman múltiples folíolos. Estas variaciones en la estructura de las hojas juegan un papel crucial en cómo las plantas se adaptan (y sobreviven) en diferentes ambientes.
“La morfología de las plantas es de naturaleza diversa”, dijo Zhongchi Liu, profesor emérito del Departamento de Biología Celular y Genética Molecular de la Universidad de Maryland. “Las diferencias morfológicas contribuyen a la supervivencia de las plantas, incluyendo qué tan bien pueden regular su temperatura y qué tan eficientemente pueden transportar agua desde sus raíces al resto de sus cuerpos.
“Comprender los mecanismos responsables de las diversas formas de las hojas conducirá a una mejor comprensión de cómo las plantas pueden sobrevivir en condiciones difíciles”.
En un artículo publicado en enero de 2024 en la revista Current Biology , el laboratorio de Liu identificó dos vías reguladoras clave involucradas en el desarrollo de hojas en tres tipos de plantas de fresa con diferentes estructuras foliares. Lideradas por genes que expresan la complejidad distintiva de la hoja de cada planta (una sola pieza versus múltiples folíolos) o las características de los márgenes (bordes lisos versus dentados), las dos vías se turnaron para dar forma a las hojas con el tiempo.
Según los investigadores, esta conexión entre el momento de los impactos de estas vías en el desarrollo de las plantas y las diversas estructuras foliares resultantes podría usarse para ayudar a las plantas a adaptarse o tolerar una mayor variedad de condiciones y entornos.
“Si podemos ajustar esa relación, podemos hacer cosas como hacer que las fresas produzcan una mayor biomasa, lo que potencialmente respaldará una mayor producción de fruta “, explicó Xi Luo, autor principal del artículo y asociado postdoctoral del Departamento de Biología Celular y Genética Molecular de la UMD.
“También podemos llevar estas fresas a algún lugar más allá de su hábitat nativo y ampliar su adaptabilidad cambiando la morfología de sus hojas. Más dentados significan que tendrán mayor resistencia al frío, por ejemplo. Y hojas más anchas y suaves pueden significar que serán mejores sobrevivir en lugares más cálidos.”
El equipo de Liu descubrió que las dos vías afectaban a las plantas de fresa en diferentes etapas de desarrollo. Por ejemplo, la vía regida por el gen que expresa la complejidad de la hoja puede dictar que una planta de fresa desarrolle formaciones de una sola hoja en lugar de su patrón de crecimiento trifoliado habitual (de tres piezas).
A medida que la planta madura, la vía regida por el gen que expresa la característica del margen puede inhibir el gen CUC2 (que es responsable de cómo crecen y se dividen las células vegetales) y limitar la profundidad de las estrías de las hojas. A medida que crece una planta de fresa, las vías trabajan juntas para activar o inhibir el gen CUC2, lo que da como resultado plantas de formas diversas, lo que puede aumentar las posibilidades de supervivencia de una planta de fresa.
Sin embargo, los hallazgos de los investigadores no se limitan a las fresas. Los experimentos con Arabidopsis (una pequeña planta con flores relacionada con el repollo y la mostaza) mostraron una regulación similar de las características de los márgenes de las hojas, lo que sugiere que estos mecanismos de configuración pueden aplicarse también a muchas otras plantas.
Descubrir cómo las plantas controlan la forma de sus hojas ofrece a los científicos y agricultores nuevas herramientas para ayudar a las plantas a resistir el calor y otras condiciones climáticas y conservar el agua de manera más eficiente. Y eso acerca a los científicos un paso más a la preparación del mundo para los desafíos que presenta el cambio climático.
“Investigaciones como ésta tienen muchas implicaciones para nuestros esfuerzos en conservación y agricultura”, afirmó Luo. “Ahora estamos mejor equipados para proteger nuestros recursos naturales y el suministro de alimentos de condiciones extremas”.
Más información: Xi Luo et al, La disección de las hojas y el dentado de los márgenes están regulados de forma independiente por dos reguladores que convergen en el módulo de auxina CUC2 en la fresa, Current Biology (2024). DOI: 10.1016/j.cub.2024.01.010
