Plantas: tan diferentes pero tan iguales

Por Ayelén Gázquez*

Las plantas tienen características que permiten la supervivencia del hombre en la Tierra, y es que son ellas las encargadas de absorber la energía del Sol para transformarla en compuestos útiles para su crecimiento. Luego el hombre las utiliza como fuente de alimentos, distintos materiales, y energía para el consumo humano.

Sus hojas son los órganos fotosintéticamente activos que absorben la energía lumínica y que en la naturaleza pueden tomar infinitas formas, mientras que sus raíces que crecen por debajo de la tierra les sirven de sostén y para absorber nutrientes. A pesar de que a simple vista se vean tan diferentes en cuanto a formas y tamaños, las hojas y raíces de diferentes especies tienen algo en común: están conformadas por células. Más grandes, más chicas, alargadas, gordas o angostas, hojas y raíces deben sus tamaños a las actividades desarrolladas por estas células. La pregunta es ¿qué procesos celulares son principalmente responsables de las diferencias en tamaño de hojas y raíces de las distintas plantas?

Para abordar esta pregunta decidimos realizar un estudio en colaboración con el Profesor Gerrit TS Beemster del laboratorio IMPRES de la Universiteit Antwerpen en Amberes, Bélgica, que publicamos recientemente en la revista New Phytologist. En ese trabajo demostramos que las diferencias en tamaño entre hojas y raíces de distintas especies de eudicotiledóneas (como por ejemplo el girasol o la soja) y las gramíneas (generalmente de hojas alargadas como por ejemplo el césped, el arroz, el trigo o el maíz) están guiadas por los mismos procesos a nivel celular.

El análisis del crecimiento de la hoja o raíz de una planta puede hacerse en base a un marco matemático, llamado ‘análisis cinemático‘, que pretende poner números a los únicos procesos que son responsables del crecimiento del órgano: la división y expansión celular. Con un poco de imaginación podemos comparar el crecimiento de una raíz o de una hoja del pasto de nuestro jardín con el flujo de agua que corre por una manguera.

En el caso de las plantas podemos imaginar a las células como los elementos más pequeños que fluyen a lo largo de estos órganos y entonces nuestra fuente de células será el llamado meristema, que es la zona en donde las células se dividen para luego pasar a expandirse, como si fuera una canilla. Aplicando cuentas similares a las que se aplican en dinámica de fluidos, puede modelarse el crecimiento de hojas de gramíneas y las raíces por medio del análisis cinemático. En el caso de las hojas de eudicotiledóneas es más difícil de imaginar un tratamiento similar, pero con algunas modificaciones se puede de todas formas obtener resultados comparables.

Este tipo de modelado del crecimiento de hojas y raíces nos permite obtener parámetros que describen los procesos celulares de división y expansión que, finalmente, determinarán cuán rápido y con qué tamaño final crecen estos órganos.

Por medio de un meta-análisis en el cual se integraron estudios cinemáticos del crecimiento de hojas y raíces realizados desde los años ‘40 hasta la actualidad, pudimos determinar que el mecanismo celular evolutivo clave en la regulación de la velocidad con la cual estos órganos crecen es la transición de la división celular a la expansión celular.

Al analizar los resultados de las hojas de eudicotiledóneas, de las hojas de gramíneas y de las raíces de diferentes especies en conjunto, observamos que llamativamente eran los mismos procesos celulares los que explicaban las diferencias evolutivas en cuanto al tamaño de estos órganos. La conclusión más importante fue que la producción celular (el número de células que se producen por unidad de tiempo), y no la expansión (aumento del tamaño de estas células), es la que determina el tamaño final de estos órganos tan diferentes y dictamina entonces las diferencias entre las especies.

Este trabajo establece las bases para abordar la investigación de los procesos evolutivos a nivel fisiológico y genético que guían las diferencias y similitudes entre especies y que puede tener grandes consecuencias en los desarrollos biotecnológicos futuros.