Las plantas son organismos muy versátiles que han desarrollado notables estrategias para adaptarse a diferentes entornos.
por el Instituto Gregor Mendel de Biología Molecular de Plantas
Una de esas estrategias es la latencia de las semillas, una adaptación que impide temporalmente que las semillas viables germinen incluso en condiciones óptimas, cuando el desarrollo posterior de las plántulas es de alto riesgo.
En climas mediterráneos como el de Chipre, los veranos pueden ser excesivamente duros, con temperaturas muy altas y terreno seco. En tales regiones, germinar durante los meses de verano expondría las plántulas a condiciones potencialmente fatales. Una subespecie de Aethionema arabicum específica de Chipre ha desarrollado una adaptación fascinante para evitar que las semillas germinen antes o durante los meses calurosos y secos del verano.
Zsuzsanna Mérai, investigadora postdoctoral en el grupo de Liam Dolan y anteriormente en el grupo de Ortrun Mittelsten Scheid en el GMI, describió ahora las bases moleculares de esta adaptación en su estudio publicado en Current Biology .
Hágase la luz: los días largos inducen la latencia secundaria de las semillas
El año pasado, un equipo de investigadores dirigido por Zsuzsanna Mérai describió que la exposición directa a la luz puede inhibir la germinación de las semillas de Aethionema arabicum. En su nuevo estudio, el equipo estudió si la exposición a la luz podría dar lugar a una supresión a largo plazo de la germinación, conocida como latencia secundaria.
Curiosamente, el equipo descubrió que la latencia secundaria depende de la duración diaria de la exposición a la luz. «Este mecanismo tiene mucho sentido: la duración del día es una condición mucho más estable que la temperatura o la humedad, que pueden variar significativamente de un día a otro», explica Mérai. De hecho, en verano los días se hacen más largos, lo que hace que las semillas estén expuestas a la luz durante más tiempo.
«Las semillas de Aethionema utilizan esta información para preparar su germinación a principios de la primavera, cuando las condiciones climáticas son ideales para el desarrollo de las plántulas», dice Mérai. «Cuando los días se vuelven demasiado largos, eso indica a las semillas que se acerca el verano y que ya no deberían germinar más».
Los investigadores descubrieron que exponer las semillas a 16 horas de luz al día daba como resultado una supresión a largo plazo de la germinación, mantenida incluso en ausencia de luz. «Incluso si volvemos a colocar las semillas en condiciones de oscuridad, no germinarán porque recordarán que las condiciones no eran buenas para brotar», resume Mérai.
El papel fundamental de RGL2 en la latencia inducida por la luz
Si bien la latencia secundaria era un fenómeno conocido, aún no se había descrito cómo se induce este proceso a nivel molecular . Al examinar una biblioteca de semillas mutadas donde no se pudo establecer la latencia secundaria, los investigadores identificaron la proteína RGL2 como el principal regulador del establecimiento de la latencia secundaria.
«Las semillas con mutaciones en el gen RGL2 todavía son inhibidas por la luz, pero sólo por un corto tiempo. Sin RGL2, la inducción de la latencia secundaria falla», explica Mérai. Para comprender mejor este proceso, los investigadores estudiaron qué vías están reguladas por RGL2.
«Identificamos 3.300 genes asociados con la latencia secundaria, incluidos genes pro-latencia regulados positivamente y reguladores negativos de la latencia que están regulados negativamente», añade Mérai.
Un acto de equilibrio hormonal
Estudios anteriores habían demostrado que la latencia era el resultado de la interacción entre una hormona vegetal que promueve la latencia llamada ácido abscísico (ABA) y una hormona que la reprime llamada giberelina (GA). Como era de esperar, los investigadores observaron que RGL2 reprimió la producción de GA y aumentó la biosíntesis de ABA en semillas expuestas a la luz.
Sin embargo, el grupo hizo un descubrimiento sorprendente: sólo una de las hormonas era esencial para inducir la latencia secundaria. «Descubrimos que la reducción artificial de los niveles de GA induce la latencia de las semillas, mientras que el aumento de los niveles de ABA no», explica Mérai.
Del laboratorio al campo: aprovechar la adaptación al calor para la resiliencia de los cultivos
Estos resultados arrojan luz sobre cómo algunas plantas adaptan sus patrones de germinación para evitar las duras condiciones del verano, un proceso contrario a los modelos canónicos en los que la luz induce la germinación. «Algunas plantas parecen haber modificado su germinación para adaptarse a climas específicos», señala Mérai.
Curiosamente, el equipo demostró que el calor del verano y la sequía son factores clave para que las semillas salgan de su estado latente. «Simular el verano deshidratando las semillas a temperaturas superiores a 40 grados alivia la latencia para que las semillas puedan brotar cuando las condiciones vuelvan a ser favorables», explica Mérai.
Los investigadores pretenden estudiar si otras plantas utilizan sistemas similares para adaptarse a climas duros. De ser así, su descubrimiento podría tener implicaciones importantes para la siembra de cultivos, así como abrir un camino potencial para diseñar la adaptación de la germinación en otras especies, dice Mérai. «Nuestros hallazgos podrían aplicarse para crear nuevos cultivos que se adapten mejor a climas más cálidos y temperaturas en continuo aumento», añade.
Más información: Zsuzsanna Mérai et al, Los días largos inducen una latencia secundaria adaptativa en las semillas de la planta mediterránea Aethionema arabicum, Current Biology (2024). DOI: 10.1016/j.cub.2024.05.043
