Una investigación liderada por Syngenta Biotechnology China, con socios en EE. UU., Francia, Reino Unido, Chile, Países Bajos, Argentina y en toda China, ha descubierto que los girasoles pueden formar semillas haploides viables mediante partenogénesis en ausencia de polinización.
por Justin Jackson, Phys.org
Este descubrimiento abre la posibilidad de un sistema de doble haploide escalable en girasoles, una técnica que podría reducir el tiempo necesario para producir líneas completamente endogámicas de seis años a aproximadamente diez meses.
Algunos animales, como ciertas aves, reptiles, peces y crustáceos como las dafnias, pueden reproducirse sin fecundación mediante un proceso conocido como partenogénesis facultativa. En estas especies, las hembras pueden tener descendencia sin la intervención del macho. Charles Darwin fue el primero en documentar patrones reproductivos inusuales en las plantas, pero muchos aspectos de su reproducción siguen siendo poco conocidos.
En la mayoría de las plantas con flores , la formación de semillas depende de un proceso llamado doble fecundación. Este proceso implica que un espermatozoide fecunda el óvulo y otro fecunda una célula separada que forma el endospermo, un tejido que nutre al embrión. Sin fecundación, rara vez se desarrollan semillas viables.
El girasol es uno de los cultivos oleaginosos más importantes del mundo, y produjo casi 55 millones de toneladas métricas a nivel mundial en 2023. Debido a que el girasol es un cultivo híbrido, mejorar sus características requiere la creación de líneas parentales endogámicas, lo que generalmente lleva seis años a través de autopolinización repetida.
En el estudio «Partenogénesis facultativa haploide en la reproducción sexual del girasol», publicado en Nature , los investigadores examinaron cómo los girasoles pueden formar semillas haploides sin fertilización. El equipo realizó una combinación de experimentos genéticos, químicos y ambientales para identificar los factores que facilitan la partenogénesis y sustentan un sistema escalable de reproducción con doble haploide.
Los investigadores probaron plantas de girasol en condiciones controladas de invernadero, cámara de crecimiento y campo para identificar antecedentes genéticos capaces de producir semillas haploides sin fertilización.
Los experimentos incluyeron tratamientos químicos, supresión manual y hormonal del polen, y variación de factores ambientales como la intensidad de la luz y la temperatura. La citometría de flujo y el análisis genético confirmaron la formación de semillas haploides. Se aplicaron técnicas de cultivo de tejidos y duplicación cromosómica para regenerar plantas fértiles con doble haploide.
La formación de semillas haploides se observó por primera vez durante experimentos con un inhibidor químico de la fosfolipasa en el polen. Los investigadores observaron semillas pequeñas y arrugadas, y en un principio las atribuyeron a los efectos de la sustancia química. Ensayos posteriores demostraron que las mismas semillas se formaban incluso en ausencia total de polen, lo que condujo al descubrimiento de la partenogénesis espontánea.
El análisis genético confirmó que las semillas eran de origen materno y carecían de ADN paterno. La partenogénesis se produjo en múltiples líneas de girasol, y algunas produjeron más de 100 semillas haploides por capítulo. La luz de alta intensidad aumentó significativamente la producción de haploides, mientras que la luz azul o roja por sí sola no tuvo ningún efecto.
El polen de maíz combinado con boro mejoró la formación de haploides en ciertos contextos genéticos. Los ensayos de germinación mostraron una tasa de éxito del 40 % en suelo.
Las imágenes mostraron que muchos embriones haploides formados sin fecundación presentaban formas irregulares o centros con múltiples ejes. Cada semilla contenía un solo embrión, pero algunas desarrollaron múltiples estructuras similares a brotes tras la germinación. Se utilizó cultivo de tejidos para regenerar plántulas sanas a partir de estas formas atípicas.
La duplicación de cromosomas produjo plantas fértiles que producen semillas, y algunos individuos generaron hasta 188 semillas.
A diferencia de la mayoría de las plantas con flores, los embriones de girasol sobrevivieron y germinaron utilizando las reservas de nutrientes almacenadas en los cotiledones, evitando así el requisito habitual para el desarrollo del endospermo. Esta omisión del requisito del endospermo es muy inusual.
El descubrimiento de la partenogénesis en el girasol introduce una vía reproductiva previamente desconocida en un importante cultivo mundial. Los investigadores demostraron que las semillas haploides pueden desarrollarse sin fertilización y convertirse en plantas completamente fértiles, lo que ofrece una vía más rápida para el desarrollo de líneas endogámicas.
Los resultados proporcionan una base para un sistema escalable de mejoramiento de doble haploide en girasol , con el potencial de acelerar el mejoramiento de cultivos y expandir las capacidades globales de mejoramiento.
Más información: Timothy Kelliher, Partenogénesis facultativa haploide en la reproducción sexual del girasol, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08798-2 . www.nature.com/articles/s41586-025-08798-2
Marco Todesco et al., Los nacimientos vírgenes de girasol permiten un mejoramiento acelerado de cultivos, Nature (2025). DOI: 10.1038/d41586-025-00904-8
