Identifican un gen fundamental en la formación natural de semillas maternas en las plantas

El grupo de Desarrollo Reproductivo de Plantas del Instituto de Investigaciones en Ciencias Agrarias de Rosario (IICAR, CONICET-UNR), bajo la dirección de Silvina Pessino, investigadora principal del CONICET, llevó a cabo la identificación de un mecanismo central que controla el tipo de semilla, tanto sexual como asexual, formado por las plantas con flores. La investigación fue publicada recientemente en Frontiers in Plant Science

“Este hallazgo es de gran importancia para la biología y tiene además un considerable impacto potencial en los programas de mejoramiento tradicionales de las plantas cultivadas”, señala Pessino.

Dos caminos para la formación de semillas

“Algunos grupos de plantas con flores tienen la posibilidad de formar semillas por dos mecanismos alternativos: el sexual y la apomixis (no sexual). En el primero de estos mecanismos se forman gametos femeninos y masculinos a partir de un tipo especial de división celular llamado meiosis, que recombina los complementos génicos y reduce a la mitad el número de cromosomas contenidos en la célula. Luego, los gametos masculinos -granos de polen- fecundan a los gametos femeninos –ovocélulas- para originar los embriones, que quedan contenidos dentro de las semillas y representan a la siguiente generación de plantas” indica la investigadora.

La apomixis es considerada una desviación evolutiva, que se produce por una desregulación de las vías moleculares que la controlan. Durante este tipo de desarrollo la planta evita la meiosis, formando gametos femeninos no recombinantes y con el mismo número de cromosomas que cualquier otra célula del cuerpo de la planta. Estos gametos no son fecundados por los gametos masculinos, sino que desarrollan embriones espontáneamente. Por eso, mientras las semillas que se forman por la vía sexualcontienen embriones genéticamente variables, las que se forman por apomixis incluyen una progenie clonal idéntica a la planta madre.

“Las manzanas, las frutillas, los cítricos, las orquídeas y numerosas gramíneas forrajeras, entre otras, se reproducen naturalmente usando una combinación de sexualidad y apomixis, lo que les permite mantener tanto la capacidad de generar variabilidad genética como de propagarse clonalmente de manera eficiente”, asegura Pessino.

El arroz o el maíz, presentan solamente sexualidad, sin embargo, los científicos creen que todas las plantas tienen potencialidad para expresar los dos modos de reproducción, ya que los mecanismos moleculares subyacentes en ambos procesos son los mismos.

Los dos en uno

La combinación de la reproducción sexual con la apomíctica puede ser utilizada en programas de mejoramiento de especies cultivadas para producir velozmente híbridos de comportamiento superior que luego se propagan indefinidamente de manera clonal vía semillas, sin perder su vigor. La investigadora señala que hasta hace pocos años no se había aplicado este mecanismo natural que poseen las plantas en beneficio de la agricultura, pero recientemente los programas de cruzamiento y selección basados en una combinación de ambos tipos de desarrollo comenzaron a usarse con mucho éxito en especies naturalmente apomícticas, como las forrajeras de los géneros Paspalum y Brachiaria.

“Un uso concertado, racional y programado de estos dos mecanismos en los programas de mejoramiento de especies de gran cultivo tendría un impacto potencial enorme en la agricultura, porque permitiría un aprovechamiento óptimo del germoplasma disponible, la generación de numerosos híbridos que se reproducirían sin perder su vigor vía semillas y una ampliación de la superficie cultivable debido al desarrollo efectivo de individuos adaptados a condiciones ambientales muy variables” asegura Pessino.

Ciencia local

Desde hace dos décadas los investigadores del IICAR trabajan en la caracterización de los genes que controlan la desregulación de la sexualidad, para dar paso a la reproducción apomíctica en la gramínea Paspalum notatum, conocida como “pasto horqueta”. En el artículo publicado recientemente informan la identificación de un gen al que llamaron QUI-GON, que resulta ser un actor clave en el proceso de transición sexualidad-apomixis. Además, los investigadores del IICAR demostraron que una anulación artificial de la expresión de QUI-GON en la nucela del óvulo hace que las plantas apomícticas dejen de formar los sacos embrionarios clonales característicos de la apomixis.

“Ahora la expectativa está puesta en que que la identificación de QUI-GON y otros genes que participan del proceso de generación natural de semillas clonales, facilite a corto plazo un uso más efectivo de la transición sexualidad-apomixis para dinamizar los programas de mejoramiento en plantas destinadas a la agricultura”.

El trabajo tuvo como principal autora Micaela Mancini, investigadora del IICAR, y contó también con la participación de investigadores de Instituto de Botánica del Nordeste (IBONE, CONICET-UNNE), del IRD (Montpellier, Francia), el IBBR-CNR (Perugia, Italia) y el EMBRAPA-CENARGEN (Brasilia, Brasil).