Con el aumento de las temperaturas globales y la disminución de las poblaciones de polinizadores, la producción de alimentos se ha vuelto cada vez más difícil para los productores del mundo.
por la Universidad de Maryland
Un nuevo estudio de investigadores del Departamento de Biología Celular y Genética Molecular de la Universidad de Maryland aborda este problema y proporciona información sobre cómo las plantas con flores desarrollan frutos y semillas .
«Comprender este proceso es especialmente importante porque los cultivos alimentarios comunes, como el maní, el maíz, el arroz y las fresas, son frutas y semillas derivadas de las flores», dijo Zhongchi Liu, autor principal del estudio y profesor de biología celular y genética molecular en la UMD. «Saber cómo las plantas ‘deciden’ convertir parte de sus flores en frutos y semillas es crucial para la agricultura y nuestro suministro de alimentos».
El estudio fue publicado en la revista Nature Communications el 9 de julio de 2022.
En el estudio, Liu y su equipo intentaron descubrir cómo la fertilización, o polinización, desencadena una planta con flores para iniciar el proceso de desarrollo de la fruta. El equipo sospechaba que un sistema de comunicación interna era responsable de indicar a la planta que desarrollara frutos, pero los investigadores no estaban seguros de cómo se activaba ese sistema mediante la fertilización o la polinización.
Para averiguarlo, el equipo simuló mecanismos de polinización y desarrollo de frutos utilizando plantas de fresa. Las fresas son particularmente adecuadas para el modelado de fertilización debido a su estructura única y ubicación de semillas, según Liu.
«Como una fruta ‘de adentro hacia afuera’, las semillas de fresa son mucho más fáciles de manipular y observar que las semillas de otras frutas como los tomates», explicó Liu. «Esto nos facilitó ver las semillas y extraer información genética de ellas en múltiples etapas del desarrollo de la planta».
Liu y su equipo identificaron AGL62, un gen que se encuentra universalmente en todas las plantas con flores , como el desencadenante de la producción de frutos y semillas de una planta.
Según Liu, AGL62 estimula la producción de una hormona de crecimiento vegetal esencial llamada auxina. Una vez que el gen se activa, la auxina se sintetiza para impulsar la creación de la cubierta de la semilla (la capa protectora externa de una semilla), el endospermo (la parte de la semilla que proporciona alimento para el embrión de una planta en desarrollo) y la fruta. El papel de la auxina en la regulación del crecimiento del endospermo es especialmente importante para los investigadores, ya que afecta el tamaño del grano y el agrandamiento de la fruta.
«Los niveles de auxina pueden limitar el tamaño que puede crecer un endospermo y la cantidad de nutrientes que el endospermo puede acumular para el embrión de una planta», dijo Liu. «Más auxina puede aumentar el tamaño del grano y estimular el crecimiento de la fruta. Cuando hay menos auxina, los endospermas no pueden alimentar adecuadamente a los embriones de las plantas y terminamos con una menor productividad de los cultivos: frutas más pequeñas o deformadas que no son comercialmente viables».
Usando CRISPR, una nueva técnica de manipulación de genes, Lei Guo, el primer autor, interrumpió con éxito la función AGL62. Como resultado, las plantas de fresa no pudieron producir frutos ni semillas, lo que demuestra el papel crítico de AGL62 en este proceso.
En la naturaleza, la polinización activa el gen AGL62 para desencadenar la producción de auxina , un proceso necesario para el desarrollo óptimo de frutos y semillas. Pero al identificar esta relación entre el gen y la hormona, Liu y su equipo han sentado una base que puede permitir a los agricultores activar AGL62 usando biotecnología, sin pasar por la polinización por completo; en otras palabras, crear frutas «vírgenes».
Liu cree que estos hallazgos son especialmente importantes en un momento en que el calentamiento global está afectando la producción de alimentos en todo el mundo.
«El calor extremo mata tanto a los polinizadores como al propio polen, por lo que el cambio climático es un gran desafío que debemos superar», dijo Liu. «Aprender más sobre el gen AGL62 nos ha dado una nueva perspectiva sobre cómo aumentar potencialmente la productividad de los cultivos agrícolas, en particular los que constituyen nuestro suministro de alimentos».
Más información: Lei Guo et al, Mecanismo de síntesis de auxina inducida por la fertilización en el endospermo para el desarrollo de semillas y frutos,
Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31656-y
