jueves, 11 de julio de 2019

Menos hormona para más óvulos: una forma de aumentar la productividad. #Tomates con genes #noticias


Post realizado por María Agustina Alejandre

 

El desarrollo de nuevas herramientas biotecnológicas ha logrado aumentar el rendimiento de los cultivos, principalmente a través de dos enfoques: empleando estrategias destinadas a mejorar ciertos rasgos agronómicos como la resistencia a plagas, la tolerancia a la sequía o la resistencia a herbicidas; o bien empleando estrategias dirigidas a mejorar la calidad de los alimentos trabajando en el sabor, el aroma, el color o su vida post cosecha. Otra posibilidad de mejora es directamente buscar la producción de un mayor número de semillas, ya que en la mayoría de los cultivos que cosechamos y comemos, un mayor número de semillas por planta supondría un mayor rendimiento.

 

Foto de flores y frutos de soja,, colza, maíz y trigo.

 

Es justamente este último camino en el que trabaja el grupo de Señalización Hormonal del Desarrollo de Frutos y Semillas del IBMCP al investigar los mecanismos genético-moleculares que determinan el número de óvulos, y por lo tanto el número de semillas, con especial foco en la implicancia de la hormona giberelina como un regulador clave en su iniciación. Para entender un poco mejor que es lo que hacemos es conveniente ir paso a paso.

En primer lugar, ¿cómo se relaciona el número de óvulos con la cantidad de semillas que va a cosechar un agricultor? Como sabemos la mayoría de las plantas que cultivamos cuentan con un órgano reproductor masculino y otro femenino. En el primero se desarrollan los granos de polen que contienen las células espermáticas o gametos masculinos. En el segundo, tal como sucede en los humanos, en el ovario se forman los óvulos que a su vez contienen a las oosferas o gametos femeninos.

Gracias al viento o a los insectos los granos de polen se transportan del órgano reproductor masculino (más precisamente desde los estambres) al órgano reproductor femenino (proceso llamado polinización), germinan y crecen hasta alcanzar a los ovarios. Luego, se produce la fecundación en donde se fusionan los gametos masculinos y femeninos originando el embrión. Como las semillas se producen debido a la maduración de los óvulos fecundados, si conseguimos que las plantas desarrollen más cantidad de óvulos, podríamos aumentar el número potencial de semillas que éstas serían capaces de producir.

Ahora bien, ¿cómo intervienen las hormonas en este proceso? ¿Y las plantas también tienen hormonas? Pues sí, al igual que los animales, las hormonas son sustancias que actúan como mensajeros químicos. Aún estando en concentraciones muy bajas son capaces de controlar muchos procesos fundamentales dentro del organismo. Las giberelinas son esencialmente hormonas estimulantes de crecimiento, que aceleran el crecimiento, promueven la división celular y aumentan la elongación de la planta. A veces de forma exagerada como podemos ver en la figura 2. Además, están implicada en la determinación del número y de la forma de los óvulos.

 

(A). Coles sin florecer. (B) Coles en donde se le aplicó de forma exógena giberelinas para inducir el espigamiento y la floración. Fuente: Sylvan Wittwer/Visuals Unlimited.

 

Entonces, ¿cuánto más giberelinas más cantidad de óvulos? Y si aplico giberelinas a mis flores, ¿cosecharía más granos? Pues no. Los datos obtenidos por el grupo en donde estoy trabajando señalan que las giberelinas son reguladores negativos del número de óvulos mediante la acción de las proteínas DELLA. Esto es un nuevo papel de estas hormonas que no se había descrito hasta el momento.

Y ustedes se preguntarán, ¿qué son las DELLA? Son proteínas encargadas de mantener los niveles ideales de giberelinas en tiempo y espacio como si fuera con un balance ON:OFF. Las DELLA mantienen desactivados los genes diana de la hormona (respuesta a la hormona OFF) pero cuando hay giberelina esta hormona se une a un complejo proteico y juntos degradan a las DELLA permitiendo así la activación de sus genes diana (respuesta ON). Esto se ve con más detalle en la figura 3. Es necesario contar con un nivel justo de giberelinas que permita el crecimiento de la planta pero que no perjudique al proceso de iniciación de óvulos.

 

Esquema simplificado del mecanismo regulatorio de la giberelina. Arriba respuesta OFF: sin giberelinas, las DELLAs mantienen los genes inactivados. Abajo respuesta ON: con giberelinas las DELLAs se degrada y los genes se activan. Fuente: adaptación de Miyakawa, T. et al. (2017).

 

¿Cómo podemos estudiar esto? Utilizando mutantes, que no son plantas con superpoderes, si no simplemente plantas que les falta un gen de síntesis de las giberelinas (y por eso son más enanas y con más cantidad de óvulos, Figura 4),  o bien que les falta alguna de las proteínas DELLA por lo que presentan niveles exagerados de esta hormona (generando plantas muy alargadas y con menos óvulos por flor). Además, realizamos aplicaciones exógenas de la hormona, cuantificamos la expresión de genes, observamos interacciones entre proteínas, localizamos a las enzimas y proteínas con tinciones, etc. En general para abordar esta tarea utilizamos técnicas de genética molecular, genómica, bioquímica y microscopia.

 

Diferentes formas de la planta modelo Arabidopsis Thaliana. A la izquierda, una planta con una mutación del gen GA20ox1 (plata deficiente en la enzima de biosíntesis de giberelinas), a la derecho una planta sin esta mutación.   Fuente: MPI f. Plant Breeding Research.

De esta forma, implementamos diversas herramientas biotecnológicas para conocer los mecanismos internos que regulan los procesos fisiológicos de una planta y así poder desarrollar aplicaciones que nos permitan aumentar la producción de semillas. ¿Se imaginan los beneficios que tendría poder producir más cantidad de granos en una misma superficie? ¿Sería posible aumentar el rendimiento de las cosechas utilizando menos recursos en una intensificación sustentable de la agricultura? ¿Cómo impactaría está tecnología en la seguridad alimentaria? Definitivamente, conocer cómo se controla el número de óvulos y por ende, el de las semillas, es un proceso de gran importancia económica ya que repercute directamente en el rendimiento de los principales cultivos de interés agronómico y en nuestra alimentación cotidiana.

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