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Nuevos conocimientos sobre los primeros eventos de germinación de semillas


Las semillas de plantas pueden sorprender al observador casual como poco espectacular, pero tienen propiedades que son nada menos que superpoderes. 


por la Universidad de Münster


En estado seco, pueden almacenar su energía durante años y luego liberarla repentinamente para germinar cuando las condiciones ambientales son favorables. Un ejemplo sorprendente es la «súper floración» en el Parque Nacional del Valle de la Muerte, cuando las semillas que han soportado el desierto seco y caluroso durante décadas germinan repentinamente con la lluvia seguida de una floración desértica rara y espectacular varios meses después. Las semillas conservan un embrión completamente formado, que solo continúa creciendo cuando las condiciones son adecuadas para que lo haga. Este puede ser el caso solo años, o en casos más extremos, incluso siglos, más tarde.

La germinación de semillas está controlada por varias hormonas vegetales, que se investigan intensamente. Sin embargo, no se sabía mucho sobre los procesos que deben llevarse a cabo para permitir que las hormonas funcionen. ¿Cómo se pone a disposición la energía en la semilla ? ¿Cómo se puede iniciar el metabolismo energético de manera temprana y eficiente? Un equipo internacional de investigadores ha estado investigando estas preguntas.

Utilizando un nuevo tipo de biosensores fluorescentes, los investigadores observaron, en las células de semillas vivas, tanto el metabolismo energético como el llamado metabolismo redox, que depende del azufre. Los investigadores descubrieron que cuando las semillas entraron en contacto con el agua, el metabolismo energético se estableció en cuestión de minutos y las «estaciones de energía» de las células vegetales, conocidas como mitocondrias, activaron su respiración. Los investigadores también descubrieron qué interruptores moleculares se activan para permitir que la energía se libere eficientemente, con los llamados interruptores tiol-redox que juegan un papel central.

«Al analizar los primeros procesos de control de la germinación, podemos obtener una mejor comprensión de los mecanismos que impulsan la germinación de las semillas «, dice el profesor Markus Schwarzländer de la Universidad de Münster (Alemania), quien dirigió el estudio. «En el futuro podríamos pensar en cómo se podrían usar tales interruptores en la biotecnología de cultivos». Los resultados del estudio podrían ser relevantes en la agricultura, cuando las semillas necesitan mantener su vigor de germinación por el mayor tiempo posible, por un lado, pero también deberían germinar en sincronía y con pérdidas mínimas por el otro. El estudio ha sido publicado en la revista PNAS (Actas de la Academia Nacional de Ciencias) .

Nuevos conocimientos sobre los primeros eventos de germinación de semillas.
Las semillas de plantas pueden almacenar su energía en estado seco durante años, solo para liberarla repentinamente y germinar. ¿Cómo se pone a disposición la energía en la semilla? ¿Cómo se puede iniciar el metabolismo energético de manera temprana y eficiente? Un equipo internacional de investigadores dirigido por la Universidad de Münster (Alemania) descubrió que los interruptores redox de tiol juegan un papel clave en el arranque del metabolismo energético. Crédito: Bettina Richter

Para poder observar las actividades que tienen lugar en el metabolismo energético, los investigadores visualizaron bajo el microscopio adenosina trifosfato (ATP), la moneda general para la energía en la célula, y Nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADPH), la energía electrónica, en las mitocondrias Compararon las semillas del berro thale: tanto las semillas secas como las semillas «embebidas» con agua.

Para averiguar si los interruptores redox son importantes para iniciar la germinación, los investigadores desactivaron proteínas específicas utilizando métodos genéticos y luego compararon la reacción mostrada por las semillas modificadas con la de las no modificadas. Los investigadores permitieron que las semillas envejecieran artificialmente en el laboratorio, y vieron que las semillas germinaban mucho menos activamente si carecían de las proteínas relevantes.

El siguiente paso de los investigadores consistió en el llamado análisis de proteoma redox, es decir, examinaron las proteínas redox relevantes en su totalidad con el uso de métodos bioquímicos. Para este propósito, aislaron las mitocondrias activas y las congelaron rápidamente para poder estudiar este estado directamente donde se estaba llevando a cabo el proceso. Luego, los investigadores utilizaron métodos de espectrometría de masas para identificar varios llamados péptidos de cisteína que son importantes para la eficiencia de los recursos en el metabolismo energético.

«El proceso podría compararse con el sistema de control de tráfico de una gran ciudad. Antes de que comience la hora punta, es decir, la germinación, que pone grandes cantidades de metabolitos ‘en la carretera’, es necesario encender el semáforo y los sistemas de enrutamiento la mañana, y aquí lo hacen los interruptores redox de tiol «, explica el autor principal, el Dr. Thomas Nietzel, quien realizó la mayoría de los experimentos como parte de su doctorado. trabaja en el Instituto de Ciencia de Cultivos y Conservación de Recursos de la Universidad de Bonn, y luego como investigador postdoctoral en el Instituto de Biología y Biotecnología de Plantas de la Universidad de Münster.


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