Algunas plantas florecen y se reproducen solo una vez, y después se agotan y mueren. Son las plantas anuales, denominadas monocárpicas por los expertos. Los mecanismos que determinan su floración son perfectamente conocidos por la ciencia, pero no ocurre lo mismo con el proceso que provoca su parada proliferativa. Ahora, tres investigadoras españolas han publicado en ‘Current Biology’ el más completo análisis de este proceso de ‘menopausia’ vegetal. Su trabajo permitirá diseñar nuevos experimentos para controlar el periodo de floración e identificar otros factores implicados en su control.
Entre las plantas que sufren esa especie de ‘menopausia’ figuran algunas de gran importancia económica, como las leguminosas y los cereales. En las plantas con un único episodio reproductivo el inicio de la reproducción está marcado por la formación de las primeras flores. Las señales que controlan el inicio de la floración están muy estudiadas. Se sabe cómo influye la luz, los cambios estacionales, la temperatura, la edad de la planta….
Pero hay otro momento muy importante para la reproducción: su final. En muchas especies, después de la producción de un cierto número de frutos se detiene la producción de flores. Esta parada está marcada por el cese de la actividad de los meristemos, que son las reservas de células madre que mantienen el crecimiento y la producción de órganos de las plantas.
“Este proceso se conoce como parada proliferativa, que podríamos denominar la menopausia vegetal”, explica Cristina Ferrándiz Maestre, una de las autoras del estudio, junto a Paz Merelo e Irene González-Cuadra, todas ellas investigadoras del Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (IBMCP), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat Politècnica de València (UPV).
Gran adaptación evolutiva
“La parada proliferativa constituye una gran adaptación evolutiva ya que, al no formarse nuevos órganos como flores y frutos, se asegura la redistribución de nutrientes hacia la producción de semillas, permitiendo el desarrollo óptimo de las mismas y perpetuar así la especie”, aclara Ferrándiz.
A pesar de su importancia ecológica y económica se conoce poco sobre los factores que controlan la parada de la proliferación. Las investigadoras han aplicado técnicas de biología molecular y celular, genética y análisis de imágenes a la especie modelo Arabidopsis thaliana para definir con elevada resolución espacio-temporal la secuencia de eventos moleculares y celulares que desencadenan la parada de la proliferación.
“Por un lado, hemos realizado un estudio muy detallado de los cambios que ocurren en el meristemo antes de la parada: cómo y cuándo dejan de dividirse las células, en qué momento empiezan a verse signos del envejecimiento del meristemo, cuándo desaparece la actividad de las células madre... Es como hacer un zoom en el meristemo para entender qué fases tienen lugar y qué las caracteriza”, comenta Paz Merelo,que lidera el estudio.
Las científicas también han estudiado unas hormonas vegetales importantes para mantener la proliferación, las citoquininas. “Con marcadores fluorescentes que nos permiten seguir su actividad, hemos visto que su actividad se bloquea completamente en el momento de la parada, así que, probablemente, las citoquininas son las desencadenantes de la parada”, revela Merelo.
“Además, hemos comprobado que, si tratamos los meristemos con citoquininas de forma externa, no paran de producir células madre”, detalla.“El estudio es pionero, porque por primera vez hemos visto desde muy cerca cómo se comportan los meristemos y qué cambios experimentan”, añade.
Mejorar las cosechas
Las investigadoras están convencidas de que los resultados del estudio van a permitir diseñar “nuevos experimentos para controlar el periodo de floración y su final, o para identificar más factores implicados en su control”, asegura Ferrándiz.
La parada de la proliferación es un proceso común en muchas especies, por lo que los procesos descritos en este estudio son relevantes para futuras aproximaciones biotecnológicas encaminadas a incrementar la cosecha en cultivos, extendiendo la duración del periodo de floración, o retrasando la parada de la proliferación.
“Como en este estudio se demuestra que las citoquininas evitan la parada de la proliferación y, por tanto, extienden el periodo de producción, las rutas relacionadas con estas hormonas serían dianas prometedoras en programas de mejora”, apunta Ferrándiz.
“Además, el rendimiento de muchos cultivos depende en gran medida de las condiciones ambientales, por lo que obtener variedades de plantas con una fase reproductiva más extensa, o con una parada de la proliferación tardía, permitiría ajustar la producción frente a cambios climáticos puntuales”, opina la investigadora del CSIC.
La Arabidopsis thaliana es una planta herbácea que alcanza normalmente entre 10 y 30 centímetros de altura. Es una de las plantas más y mejor estudiada por los científicos y uno de los principales modelos biológicos usados en ciencias agrícolas. En diciembre de 2000 se presentó por vez primera el mapa genético de la planta, con 25 498 genes identificados, que codifican proteínas de 11.000 familias. La Arabidopsis thaliana, se convirtió así en la primera planta cuyo genoma fue secuenciado.
La agencia espacial china, CSNA,consiguió cultivar plantas del género Arabidopsis en la Luna en 2019.También la agencia espacial estadounidense, NASA, planeó cultivarla en la Luna en 2015, aunque nunca llegó a realizarlo. También había planeado cultivarla en un invernadero Marte el año pasado.
Informe de referencia (en inglés): https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(21)01656-0
