Existe una asombrosa diversidad en la cantidad de flores producidas por cada una de las aproximadamente 2.800 especies de plantas de la familia de las solanáceas, que incluye cultivos económicamente importantes como tomates, pimientos y papas. Algunas de las solanáceas, como la pimienta, producen ununa sola flor, mientras que otras, como los tomates, dan lugar a ramas con múltiples flores.
¿Por qué las diferencias dramáticas entre especies tan estrechamente relacionadas? Si bien el desarrollo de flores individuales se entiende bien, no ha quedado claro qué mecanismos controlan cuántas ramas producirá una planta y cuántas flores crecerán de cada rama.
El profesor asociado Zachary Lippman y un equipo de científicos del Laboratorio Cold Spring Harbor CSHL han utilizado la secuenciación de ARN para identificar una red de cientos de genes que trabajan juntos para determinar la duración de una ventana crítica para el crecimiento de células madre en las plantasque dan lugar a las flores. Cuanto más tiempo permanezca abierta esta ventana, más células madre se desarrollarán y más flores y ramas podrán crecer.
El equipo también demostró que la eliminación de la actividad de tres genes específicos en esta red de las plantas de tomate, genes cuya activación generalmente conduce a la producción de varias flores, da como resultado plantas que producen solo una o dos flores.
"La evolución ha aprovechado la flexibilidad del programa de crecimiento de la planta para crear una diversidad notable en la producción de flores", dice Lippman.
La producción de flores es enormemente importante en todos los cultivos, ya que sirve de base para la producción de frutas y semillas. Sin embargo, existe una variación significativa entre especies estrechamente relacionadas, tanto en el número de estructuras ramificadas productoras de flores, conocidas como inflorescencias, como en lacantidad de flores que brotan de cada inflorescencia.
Las flores surgen de las células madre ubicadas en las puntas de los brotes en estructuras en forma de cúpula llamadas meristemas. Hasta ahora, los cambios moleculares en el meristema que determinan el patrón de floración de una planta han permanecido como un misterio, principalmente porque las especies muestran una variación dramática de la inflorescencia, comocomo las solanáceas, no son compatibles entre sí, lo que significa que los experimentos tradicionales de cruzamiento no pueden utilizarse para identificar los genes responsables.
Para superar este obstáculo, Lippman y sus colegas, incluido el Profesor Asociado Adjunto CSHL Michael Schatz, utilizaron la secuenciación de ARN en un enfoque de genómica comparativa para ver cómo cambian las actividades de miles de genes durante la ventana crítica de maduración del meristemo en cinco especies de solanáceas.
El equipo examinó casi 20,000 genes en las cinco especies. De ellos, una red de alrededor de 300 genes se activó y se apagó durante el proceso de maduración. Los investigadores luego rastrearon la actividad de esos genes durante diferentes períodos de tiempo dentro de la ventana crítica.
Como informan hoy en el diario Investigación del genoma , en plantas con inflorescencias simples que producen una flor solitaria en cada inflorescencia, un subconjunto de los 300 genes se activa durante las primeras etapas en la ventana crítica. En plantas con inflorescencias más complejas, el mismo conjunto de genes se activa un pocoluego, extendiendo la ventana y permitiendo más tiempo para que se formen poblaciones adicionales de células madre. Estas poblaciones a su vez dan lugar a más ramas y más flores. En una planta alimenticia como el tomate que produce inflorescencias de flores múltiples, esto da como resultado un mayor rendimiento.
"Hay un continuo de complejidad de inflorescencia que se origina a partir de cambios sutiles en los horarios de maduración en las sombras nocturnas estrechamente relacionadas", dice Lippman.
Aunque su equipo estudió plantas de solanáceas, Lippman cree que el descubrimiento será un principio fundamental que explicará la diversidad en diferentes familias de plantas, incluidas las hierbas como el maíz, el arroz y el trigo. Dado que estas hierbas representan muchos de los principales alimentos básicos del mundo, el descubrimiento podría tener implicaciones particularmente poderosas.
Los investigadores querían saber qué genes específicos están involucrados en este proceso. La naturaleza del análisis de expresión génica del equipo hizo imposible identificar un gen o grupo de genes. Sin embargo, notaron que entre los cientos de genes en la red habíauna familia de tres genes, llamada BLADE-ON-PETIOLE BOP, que el equipo descubrió que trabajó junto con un gen de maduración previamente estudiado llamado TMF que garantiza que las plantas de tomate produzcan múltiples flores en cada inflorescencia.desempeñan un papel en el desarrollo de las plantas, pero se ha demostrado poco sobre la importancia de estos genes en la producción de flores.
Como informaron en Genes y desarrollo en septiembre, el equipo de Lippman utilizó una técnica de edición de genes potente y precisa llamada CRISPR para crear mutaciones en cada uno de los genes BOP de una planta de tomate. Sorprendentemente, cuando los tres genes fueron mutados, las inflorescencias de las plantas de tomate se produjeron solouna o dos flores
Los genes BOP codifican proteínas llamadas cofactores transcripcionales que controlan la expresión de otros genes. Lippman dice que estos factores probablemente activan genes específicos durante el crecimiento normal para retrasar la maduración del meristemo, extendiendo esencialmente la ventana crítica en la que una planta puede producir flores.
Lippman cree que puede ser posible modificar la red de 300 genes, incluidos los genes BOP, para manipular el proceso de maduración del meristemo y, por lo tanto, controlar los patrones de floración de muchos tipos de plantas.
"Podría sintonizar el proceso de maduración, por así decirlo, como un dial en una radio para controlar el volumen", dice Lippman.
Advierte que girar el dial hacia arriba para producir tantas flores como sea posible puede ser contraproducente. A una planta que de repente cambia sus recursos para crear gotas de flores, le quedará poca energía para producir hojas, frutos y semillas, que sonnecesario para el desarrollo y la reproducción.
"Un buen ejemplo de esto que ya hemos demostrado es que podemos mutar un gen en las plantas de tomate y obtener inflorescencias extraordinariamente ramificadas con cientos de flores", dice Lippman. "Sin embargo, rinden poco porque esas flores simplemente no lo hacen".t poner frutas "
"Si la evolución ha demostrado que es posible encontrar el punto Ricitos de oro en las plantas silvestres", agrega Lippman, "significa que también deberíamos ser capaces de lograr el mismo punto dulce en los cultivos, y creemos que la edición de genes es el camino a seguir"para lograr este importante objetivo "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Cold Spring Harbor . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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