Un grupo de biólogos de plantas en el Instituto de Bio-Moléculas Transformativas ITbM de la Universidad de Nagoya, han informado en la revista Genes y desarrollo , en su descubrimiento sobre cómo los factores maternos y paternos de la planta cooperan para que el niño crezca en la forma adecuada.
En una investigación dirigida por el Dr. Minako Ueda, profesor de ITbM, el grupo descubrió que, después de la fertilización, el factor que se origina en el espermatozoide del padre activa una proteína particular en el cigoto óvulo fertilizado. Además, esto se activóLa proteína coopera con el factor derivado del óvulo de la madre para que el cigoto se desarrolle de la manera correcta. Esta investigación muestra por primera vez cómo los factores derivados del padre y la madre cooperan en el desarrollo infantil de las plantas.
De manera similar a los animales, se genera un cigoto niño tras la fertilización del óvulo de la madre por el espermatozoide de un padre en las plantas. Posteriormente, el cigoto generado contiene una mezcla de genes y proteínas derivados de las células de ambos padres.El tejido nutritivo que rodea el cigoto también se forma a partir de la fertilización, y se sabe que existe un fenómeno de conflicto parental en este tejido, donde los factores paternos y maternos se oponen entre sí.
En las plantas donde se hacen múltiples semillas de un solo pistilo órgano reproductor femenino = madre, todas las semillas en el pistilo se consideran hijos de la madre. Por otro lado, el polen órgano reproductor masculino = padre que esgenerado a partir de diferentes especies masculinas puede unirse a un solo pistilo, y aunque está dentro del mismo pistilo, solo la semilla que se genera a partir de sus propias células de esperma se considera como el hijo del padre. En otras palabras, la madre puede tener hijos dediferentes padres dentro de su pistilo, y el padre no considera las semillas resultantes de otros padres como su propio hijo. Debido a esta diferencia en la percepción entre hombres y mujeres, la madre trata de distribuir uniformemente los nutrientes a cada niño, mientras que el padre trata deconcentre los nutrientes en su propio hijo. Esta oposición entre los factores maternos y paternos se llama conflicto parental.
"Aunque antes se conocía el conflicto parental en los tejidos nutritivos, sigue siendo un misterio si los factores parentales se contrarrestan o cooperan entre sí en el cigoto", dice Ueda. "Desde que comenzamos esta investigación en 2011, pudimos demostrarque la madre y el padre de la planta realmente cooperan en el desarrollo de sus hijos ". Esta investigación se llevó a cabo a través de la colaboración internacional de investigadores de la Universidad de Nagoya Japón, el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Nara Japón, la Universidad de Gante Bélgica y FriburgoUniversidad Alemania.
Durante el proceso de formación del cuerpo de la planta, el cigoto se alarga en dirección vertical y se divide para formar el embrión. Esta división celular asimétrica conduce a células pequeñas y grandes en la parte superior e inferior del embrión, respectivamente. La célula superior pequeñaforma un tejido redondo y eventualmente crece en flores y hojas de la planta, mientras que la célula inferior grande se alarga para formar raíces. Por lo tanto, el alargamiento del cigoto y la dirección de la división celular determinan el eje vertical del cuerpo de la planta. El grupo de Ueda descubrió queen el cigoto, los factores derivados de los padres cooperan entre sí para lograr la división asimétrica del cigoto y el desarrollo apropiado del embrión.
Estudios previos del grupo de Ueda han demostrado que una proteína derivada de las células maternas y paternas, WRKY2, es responsable de hacer la forma del cigoto y el embrión. WRKY representa los aminoácidos representados en un código de una sola letra,que están presentes en el núcleo de la proteína W = triptófano, R = arginina, K = lisina e Y = tirosina. Además, también encontraron que un factor llamado SUSPENSOR CORTO SSP, generado en la célula de esperma, esimportante para la división celular del cigoto y el desarrollo del embrión. En este estudio, Ueda y sus colegas investigaron la relación entre WRKY2 y SSP en el desarrollo del cuerpo de la planta.
"Encontramos una vía de señalización, donde SSP fosforila la proteína WRKY2 en el cigoto, activando así WRKY2", explica Ueda. "También identificamos qué sitios en la proteína estaban fosforilados y descubrimos que los cinco residuos de serina dentro del grupo contenidos enWRKY2 son importantes para la función de la proteína ".
El grupo de Ueda realizó experimentos para demostrar que la fosforilación activa WRKY2 mediante el uso de mutantes ausentes de SSP y reemplazó los residuos de serina en WRKY2 con asparagina por intercambio de bases, que imita la fosforilación de serina. El mutante con WRKY2 activado dio como resultado una división asimétrica del cigoto.
El grupo de Ueda también descubrió HOMEODOMAIN GLABROUS11 HDG11 y HDG12, los factores derivados de los óvulos, que son responsables de controlar la división asimétrica del cigoto y el desarrollo del embrión. El grupo informó anteriormente que WRKY2 actúa sobre WUSCHEL WUS El gen HOMEOBOX8 WOX8 para sintetizar la proteína WOX8, lo que conduce a la división asimétrica del cigoto. En esta investigación, encontraron que HDG11 / 12 también actúa sobre el gen WOX8. HDG11 / 12 no se expresan en la célula de esperma,y el HDG11 / 12 derivado del óvulo conduce a la división asimétrica del cigoto. Por lo tanto, el HDG11 / 12 derivado de la madre coopera con WRKY2, que es activado por SSP derivado del padre, para generar la proteína WOX8, el factor clavepara el desarrollo de plantas en etapa temprana.
A través de sus estudios, observaron que los cigotos ausentes de SSP, WRKY2 y HDG11 / 12, no se desarrollan correctamente y su división celular ya no se vuelve asimétrica. Además, el embrión no se desarrolla de manera adecuada y no puedecrecer en la forma correcta.
"Pudimos demostrar por nuestra investigación que la cooperación entre los factores del padre y la madre es esencial para el desarrollo de cigotos y embriones en las plantas de Arabidopsis", dice Ueda.
El grupo también detectó que la proteína WOX8 solo se sintetizó en pequeñas cantidades en cigotos ausentes tanto de SSP relacionado con el padre como de HDG11 / 12 relacionado con la madre. Por lo tanto, el grupo planteó la hipótesis de que los factores paternos están cooperando conentre sí para sintetizar una cantidad suficiente de WOX8 para ayudar a dar forma al cuerpo de la planta del niño. En un cigoto ausente de SSP o HDG11 / 12, el grupo sintetizó artificialmente la proteína WOX8, lo que condujo a una división asimétrica del cigoto.La proteína WOX8 es importante para dar forma al cuerpo de la planta.
Esta investigación muestra por primera vez que la cooperación de los factores paternos y maternos en el cigoto de la planta ayuda a moldear el cuerpo de la planta del niño desde la etapa temprana de desarrollo. Esta es una observación opuesta a la teoría del conflicto parental propuesta en el estudio nutricionaltejido que rodea el cigoto.
El grupo de Ueda ha demostrado una nueva relación parental en el cigoto, donde los factores parentales cooperan entre sí. Se espera que este descubrimiento del mecanismo de cooperación conduzca a una mayor comprensión sobre la estrategia de cómo los factores parentales controlan el desarrollo infantil en las plantas.Además, el grupo pudo demostrar que la síntesis artificial de la proteína WOX8 en ausencia de factores parentales SSP y HDG11 / 12 también conduce al desarrollo de embriones. Al aplicar este enfoque, es posible generar plantas híbridas entre diferentesespecies de plantas, donde los factores parentales no necesariamente coinciden.
"Las plantas han evolucionado para desarrollar un mecanismo de crecimiento diferente al de los animales", dice Ueda. "Esta observación de la cooperación de los padres, donde el factor paterno juega un papel en el desarrollo de la etapa inicial, puede ser la estrategia de adaptación única de las plantas, que también puede existiren otras especies de plantas "
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Materiales proporcionado por Instituto de Bio-Moléculas Transformativas ITbM, Universidad de Nagoya . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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