Aumentando la producción de semillas

Como todos los años por estas fechas empezamos con la ronda de posts de los alumnos del máster en biotecnología molecular y celular de plantas que organiza el IBMCP. Abre el fuego Daniela Barro Trastoy.

Desde hace ya algunas décadas, los biotecnólogos de plantas han estado investigando cómo aumentar el rendimiento de los cultivos mediante la mejora de ciertos rasgos agronómicos (resistencia a plagas, tolerancia a sequía, etc.) o cómo mejorar la calidad de los alimentos. Así, se han ido generando conocimientos sobre la biología de las plantas, además de aplicaciones en base a estos conocimientos, con el fin de mejorar el aprovechamiento de los recursos naturales. El trabajo de investigación que estamos llevando a cabo en el grupo de Señalización Hormonal del Desarrollo de Frutos y Semillas del IBMCP, al cual me he incorporado para realizar mi Trabajo Final de Máster, se encuentra dentro de este contexto. Básicamente, estamos investigando cómo aumentar la producción de semillas en cultivos en los que sea interesante lograr este objetivo. La idea es la siguiente…

Las semillas se producen debido a la maduración de los óvulos fecundados tras la polinización. Por lo tanto, si conseguimos que las plantas desarrollen más óvulos, cabría esperar que éstas produjeran más semillas. Ya se han identificado hace tiempo numerosos genes que determinan el desarrollo de los óvulos en plantas, pero todavía no se conocen bien los mecanismos moleculares implicados en la determinación de su número. En relación a esto, en el laboratorio donde estoy han observado que ciertas hormonas vegetales influyen en este proceso.

Figura 1
Figura 1. Diagrama de una planta de Arabidopsis thaliana (planta modelo) y de la morfología de su flor y sus frutos (extraído y modificado de los libros Biochemistry & Molecular Biology of Plants de Bob B. Buchanan, 2015; y Plant Physiology and Development de Lincoln Taiz, 2015)

Al igual que las hormonas animales, las hormonas vegetales son sustancias que actúan como mensajeros químicos. Se producen en unas células de la planta (las hormonas animales se producen en glándulas endocrinas), viajan a través de los haces vasculares (como en animales, los vasos sanguíneos) y actúan en células diana de otras partes de la planta (otras partes del cuerpo del animal), induciendo en éstas una serie de señales sucesivas que culminan en la inducción o represión de la expresión de genes que regularán varios procesos fisiológicos. Algunos ejemplos son el crecimiento del tallo, el crecimiento de las raíces, la formación de ramas, la inducción de la floración, la caída de las hojas, la formación y maduración de los frutos, la germinación de las semillas, la respuesta defensiva frente ataques externos… En todos estos eventos se encuentran involucradas la acción de varias hormonas diferentes y numerosos genes.

Figura 2

Figura 2. Esquema simplificado del modo de acción de las hormonas vegetales en las células diana.

Entonces, ¿qué hormonas y genes están involucrados en el desarrollo de los óvulos? Como he comentado previamente, ya se conocían algunos de los protagonistas que orquestan este proceso. Sabemos (y está demostrado) que tres tipos de hormonas vegetales, las auxinas, las citoquininas y los brasinoesteroides, en conjunto con otros tantos genes, determinan que, en los tejidos de los órganos reproductores femeninos de la planta (los pistilos), se desarrollen los óvulos. Sin embargo, todos estos componentes únicamente les indican a los tejidos de los pistilos que desarrollen óvulos. No se conocen los genes que indiquen cuántos de ellos han de formarse por pistilo. En este punto entra un nuevo protagonista: otra hormona vegetal denominada giberelina.

En el grupo donde estoy trabajando observaron que plantas de Arabidopsis thaliana (la planta modelo utilizada en investigación básica) que presentan niveles de giberelinas mayores o menores a los habituales, producen un número de óvulos por pistilo distinto al normal. Esta observación aporta un nuevo papel de las giberelinas que no se había descrito hasta el momento, a pesar de que esta hormona está involucrada en una inmensa cantidad de procesos fisiológicos y de desarrollo. Induce el crecimiento del tallo, la germinación de las semillas, la floración y la maduración de los frutos entre otros procesos, pero no se conocía una función de las giberelinas en el desarrollo de los óvulos. Nuestra principal labor ahora es identificar los genes específicos que actúen determinando el número de óvulos y cuya expresión se vea modificada por la acción de las giberelinas. Así, una vez generado este conocimiento, se podría desarrollar una aplicación biotecnológica, por ejemplo, mediante la modificación de los genes que estamos por identificar.

Pero… ¿en qué cultivos resultaría interesante aplicar este conocimiento? Pues, en aquellos en los que la producción de semillas repercuta en el rendimiento de la cosecha. Parte de mi trabajo consiste en la generación del conocimiento que necesitamos para poder crear una aplicación, pero ya estamos empezando a ensayar especies interesantes con los conocimientos ya generados. Una de ellas es Brassica napus, conocida comúnmente como colza.

Figura 3

Figura 3. Fotos de colza de las flores (izquierda) y frutos (derecha) de colza.

Nuestro interés en la colza radica en que es una planta que se cultiva por todo el mundo, principalmente para producir aceites y biocombustibles a partir de sus semillas. Por lo tanto, aumentar el número de semillas producidas por planta, se traduciría en un aumento en el rendimiento de los cultivos.

Nuestras perspectivas futuras son, entonces, desarrollar una herramienta biotecnológica que nos permita modificar el número de semillas, tanto en colza como en otras plantas de interés agronómico.

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