Agricultura Botánica y Genética Ciencia e Investigación Estados Unidos

Nuevos detalles revelados sobre cómo las plantas mantienen una relación óptima de esperma-huevo


Las técnicas actuales de bioquímica molecular, microscopía y genética se han vuelto tan poderosas que los científicos ahora pueden hacer descubrimientos mecanicistas …..


por la Universidad de Massachusetts Amherst


Las técnicas actuales de bioquímica molecular, microscopía y genética se han vuelto tan poderosas que los científicos ahora pueden hacer descubrimientos mecanicistas, respaldados por múltiples líneas de evidencia, sobre procesos íntimos en la reproducción de plantas que alguna vez fueron muy difíciles de examinar, dice la bióloga molecular Alice Cheung de la Universidad de Massachusetts Amherst.

Ella es la autora principal de un nuevo artículo en Nature que describe cómo ella y su equipo utilizaron esas herramientas para resolver, con un detalle sin precedentes, el misterio de cómo las plantas con flores evitan la poliespermia. Como su nombre indica, la poliespermia es el resultado de múltiples espermatozoides que ingresan y fertilizan un óvulo, una condición dañina para el cigoto. En las plantas, prevenir la poliespermia también significa mayores posibilidades de que más hembras sean fertilizadas y asegura mejores rendimientos de semillas, ambos de importancia agrícola, señala Cheung.

Durante años, ella y su antiguo colaborador Hen-Ming Wu han dirigido un equipo que incluye un ex asociado postdoctoral, Qiaohong Duan, un actual postdoctorado Ming-Che (James) Liu y varios estudiantes graduados en la investigación de los roles duales de reproducción de FERONIA . Para el artículo actual, Duan y Liu son coprimeros autores.

Cheung dice: «Es muy emocionante poder explicar cómo, en múltiples pasos, una planta crea un ambiente en su óvulo, donde se encuentra el óvulo , que primero es receptivo a un tubo de polen entrante para entregar esperma, pero una vez que la fertilización es aseguró que cambiará instantáneamente para bloquear la entrada de más tubos de polen para proteger contra la poliespermia «. Estos dos actos están controlados por un gen llamado FERONIA, agrega, que codifica la quinasa receptora de FERONIA que detecta señales en la superficie celular y le indica a la célula que responda de manera apropiada.

Cheung dice que uno de los descubrimientos clave en su último trabajo es el papel de FERONIA en la pared celular y, en particular, su capacidad de interactuar con la pectina, un polímero de azúcar en la pared. A medida que varían las condiciones, una forma de este polímero, llamada pectina desesterificada, puede mantener una pared maleable, por ejemplo, por lo que el primer tubo de polen que llega a la cámara del huevo dentro del óvulo puede penetrar. Pero esta pectina también puede endurecerse abruptamente después de que el primer tubo de polen haya penetrado, bloqueando la entrada de más.

Descubrieron que esta pectina especial también desencadena otra actividad. Cheung y sus colegas dicen que observaron por primera vez que la pectina desesterificada sirve como señal para desencadenar un ambiente enriquecido en óxido nítrico (NO) en la entrada a la cámara del huevo. En una serie de bioensayos, interacción molecular y análisis bioquímicos, muestran que esta molécula de señalización gaseosa modifica y desactiva un quimioatrayente producido por la hembra para guiar los tubos de polen a su objetivo. Este cambio rápido asegura que los tubos de polen que lleguen tarde no puedan acercarse a un óvulo ya fertilizado.

Cheung explica: «Como gas, el NO puede difundirse muy rápidamente, tal vez incluso instantáneamente a medida que se produce. El título de nuestro artículo, ‘FERONIA controla la interacción hombre-mujer mediada por pectina y óxido nítrico’ captura cómo nuestro último trabajo conecta estos dos condiciones controladas por FERONIA. Lo que nos llevó a nuestros hallazgos es que sin FERONIA, la pared celular es deficiente en pectina desesterificada, pero con FERONIA presente, la pared funciona como una fuente de moléculas de señal para desencadenar NO y también un físico barrera.»

La bióloga molecular dice que debido a su importancia casi global para la supervivencia de las plantas que su grupo y otros han demostrado, ahora es probable que haya docenas de laboratorios en todo el mundo, desde fisiólogos de estrés vegetal hasta biólogos estructurales moleculares, que persiguen diferentes aspectos de FERONIA y sus afines. proteínas Cheung dice que algunas de estas proteínas funcionan juntas de maneras muy intrigantes, por lo que «existe un inmenso potencial para los avances en la biología de las plantas y los mecanismos fundamentales de transducción de señales de este campo tan activo».


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