Agricultura Botánica y Genética

Una planta que vive con una sola hoja revela la genética fundamental del crecimiento de las plantas

Aferrarse a las paredes de las cuevas tropicales es un tipo de planta con una sola hoja que continúa creciendo mientras la planta sobrevive.


por la Universidad de Tokio


Los investigadores de la Universidad de Tokio esperan que su estudio de esta especie inusual pueda ayudar a inspirar futuras herramientas genéticas para controlar el tamaño de las plantas de cultivo comunes.

«Nos complace haber logrado finalmente un pequeño avance en el estudio de esta planta», dijo el profesor Hirokazu Tsukaya, quien dirigió el reciente proyecto de investigación.

El nombre científico de la planta, Monophyllaea glabra, significa «especie sin pelo de una planta de una hoja «. M. glabra brota de una semilla con dos hojas embrionarias llamadas cotiledones, pero solo uno de los cotiledones continúa desarrollándose hasta convertirse en una hoja.

Todas las especies de Monophyllaea crecen una hoja que, según han observado los científicos, puede seguir creciendo mientras la planta viva. La mayoría de las plantas no tienen límite en la cantidad de hojas que pueden crecer, pero esas hojas tienen un tamaño máximo predeterminado.

Tsukaya intentó trabajar con Monophyllaea por primera vez a principios de la década de 1990 después de un viaje para ver las plantas que crecían en su hábitat nativo en Tailandia.

«A las Monophyllaea les gusta vivir en cuevas de piedra caliza en el sudeste asiático. Si tienes la oportunidad de ir allí, puedes ver estas plantas fácilmente», dijo Tsukaya.

La misma biología curiosa que hizo que las plantas fueran tan interesantes también las hizo difíciles de estudiar con nuevas herramientas genéticas que se estaban diseñando en ese momento para especies más comunes con relevancia agrícola o médica inmediata. Después de una pausa de décadas mientras se desarrollaban otras técnicas moleculares , el proyecto para comprender Monophyllaea comenzó de nuevo recientemente cuando la estudiante de doctorado y primera autora del artículo de investigación Ayaka Kinoshita se unió al laboratorio.

«Creo que el nuestro es el único laboratorio en el mundo que actualmente estudia esta especie», dijo Tsukaya.

Comprender qué hace que Monophyllaea sea único requiere herramientas que puedan ver la ubicación y el nivel de actividad de los genes en las primeras etapas del desarrollo de la hoja. Una técnica conocida como hibridación in situ de montaje completo permite a los investigadores preservar trozos enteros de un organismo, no solo rodajas finas, y bloquear en su lugar todo el material genético que las células estaban usando en el momento de su muerte. La técnica se usa comúnmente en tejido animal, pero es más complicada de usar en plantas debido a la rígida pared celular externa alrededor de las células vegetales.

«Afortunadamente, otro de los miembros de nuestro laboratorio, el profesor asistente Hiroyuki Koga, es un verdadero profesional en el uso del sistema de montaje completo y persistió en desarrollar un método adecuado para las plantas», dijo Tsukaya. Koga es el segundo autor de la publicación de investigación y pudo perfeccionar una técnica para preservar plantas completas de Monophyllaea de tres semanas de edad.

En plantas con anatomía estándar, el gen SHOOT MERISTEMLESS (STM) se expresa en las células de las puntas en crecimiento de los tallos, lo que se conoce como meristemo del brote. Además, el gen ANGUSTIFOLIA3 (AN3) se expresa en hojas muy jóvenes para promover la multiplicación de las células que forman la hoja.

«A simple vista, no podemos ver ningún meristemo de brote en Monophyllaea. Así que queremos saber, ¿está perdido o está modificado?» explicó Tsukaya.

En lugar de separar la ubicación y el momento de la expresión de los genes STM y AN3, las jóvenes Monophyllaea mostraron una expresión superpuesta de los dos genes. Los investigadores dicen que lo que parece una simple hoja en Monophyllaea es en realidad una combinación o fusión del meristemo del brote y la hoja.

«En Monophyllaea, las áreas de expresión se superponen, lo que sugiere que esta planta es un híbrido de un meristemo normal de hoja y brote. Suponemos que este curioso patrón de expresión génica es una de las razones por las que la planta tiene una apariencia tan curiosa», dijo Tsukaya.

Los investigadores afirman que comprender cómo las especies inusuales como M. glabra evolucionaron para usar genes comunes de formas poco comunes ayudará a los científicos agrícolas a desarrollar herramientas para controlar el tamaño de las hojas para un cultivo agrícola óptimo en el futuro.

«Estudiamos M. glabra porque las características del desarrollo de Monophyllaea son muy singulares y no se pueden encontrar en ningún mutante de plantas de laboratorio comunes . Tratar con el fenómeno único definitivamente puede proporcionar nuevos conocimientos a la ciencia de las plantas», dijo Tsukaya.


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