Agricultura Botánica y Genética Brasil

Los investigadores exploran los mecanismos de fertilización del polen

Los investigadores exploran los mecanismos de fertilización del polen
Tubo polínico en Arabidopsis thaliana. Un estudio que muestra cómo los tubos polínicos se convierten en flores para llegar al óvulo allana el camino para la mejora de las variedades de cultivos alimentarios, así como una comprensión más profunda del crecimiento de hongos y neuronas. Crédito: Daniel Damineli

Un grupo de investigadores de cuatro países ha descubierto exactamente cómo un tubo polínico, la célula vegetal que emerge de un grano de polen, crece mil veces para alcanzar un óvulo en el interior de la flor. 


de André Julião, FAPESP


La clave de este crecimiento es la entrada y salida de protones que crea actividad eléctrica en la membrana celular y hace que la célula crezca. Los resultados del estudio ayudarán a los científicos a comprender una serie de fenómenos relacionados, como la producción de semillas, el crecimiento de hongos e incluso cómo se desarrollan las neuronas.

Los hallazgos se describen en un artículo escrito por investigadores afiliados a instituciones de Brasil, Dinamarca, Portugal y Estados Unidos y publicado en Nature Communications .

«Un grano de polen está formado por una sola célula. Cuando entra en contacto con el órgano sexual femenino en la superficie de una flor, crece a una velocidad muy alta, formando lo que llamamos un tubo polínico , hasta llegar a la base de de la flor de ovario y descarga el esperma células . ¿Cómo ocurre esto fue muy mal entendido hasta ahora «, según María Teresa Portes , quien realizó la investigación durante una beca postdoctoral en la Universidad de Maryland en los EE.UU..

Los científicos han estado intrigados durante mucho tiempo por el ritmo excepcionalmente rápido de crecimiento del tubo polínico, que es el tipo de crecimiento celular más rápido observado entre todos los organismos vivos. Su alargamiento se origina en la punta del tubo y se denomina crecimiento de la punta. La especie utilizada en el estudio fue Arabidopsis thaliana (berro thale), una pequeña planta con flores nativa de Eurasia y África. Pertenece a la familia de la mostaza (Brassicaceae) y es ampliamente elegido como organismo modelo debido a su utilidad para experimentos genéticos. Su tubo polínico crece hasta 3 mm por día.

Los investigadores produjeron variedades mutantes de la planta en el laboratorio en las que se modificaron algunos genes. Descubrieron que la inactivación de tres genes AHA inhibía el crecimiento del tubo polínico. AHA se refiere a la familia de genes H + -ATPasa autoinhibidos .

En las plantas mutantes , solo se fertilizaron los huevos más cercanos a la superficie. Como resultado, las plantas produjeron solo el 5% del número normal de semillas.

En una serie de experimentos, los investigadores encontraron que las proteínas expresadas a partir de estos genes actuaban como bombas de protones , inyectando protones del medio ambiente para hacer que la célula del tubo polínico fuera más ácida y promover un crecimiento más rápido.

Las bombas de protones regulan el gradiente electroquímico que activa el sistema de absorción de nutrientes y el mecanismo de crecimiento ácido de las células vegetales.

«Queríamos entender cómo la célula organiza este proceso de crecimiento. Se encontró que la distribución de protones en el gradiente de iones no es uniforme, con protones agrupados en la punta del tubo, y también hay gradientes de moléculas como calcio y actina, ”dijo Daniel Santa Cruz Damineli, otro coautor del estudio que actualmente es becario postdoctoral en la Facultad de Medicina de la Universidad de São Paulo (FM-USP) en Brasil con una beca de la FAPESP.

De semillas a neuronas

Entre varios desarrollos potenciales que surgen de los hallazgos del estudio se encuentra una comprensión más profunda de cómo se producen las semillas, de modo que, en teoría, puedan usarse para crear variedades mejoradas de cultivos alimentarios como legumbres y cereales.

«No sabemos todo sobre cómo se guía el tubo polínico y cómo se comunican los órganos masculinos y femeninos de una planta», dijo Portes. «Este es un gran interés de investigación y podría culminar en la producción de semillas . El crecimiento de las plantas implica necesariamente este mecanismo, que estamos empezando a comprender más profundamente».

Este conocimiento también debería ayudar a los científicos a comprender el crecimiento de las puntas en otras células u organismos, como el de las hifas de hongos, las neuronas y las células cancerosas.

«Hablando biológicamente, no se comprende bien cómo se orquesta el crecimiento de las puntas. Ahora podemos estudiarlo más», dijo Damineli.


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