El Dr. Hidenori Takeuchi y el Profesor Tetsuya Higashiyama del Proyecto JST-ERATO Higashiyama Live-Holonics y el Instituto de Bio-Moléculas Transformativas ITbM de la Universidad de Nagoya han logrado descubrir un receptor clave de quinasa en los tubos de polen macho deplantas con flores responsables de permitir que los tubos de polen lleguen con precisión al óvulo hembra para permitir una fertilización exitosa, sin perder su camino.
Los tubos de polen crecen dentro del pistilo y entregan sus espermatozoides a los óvulos, que se encuentran en el interior del pistilo, para provocar la fertilización. El grupo de Higashiyama ha descubierto previamente un péptido atrayente de tubo de polen, llamado LURE, que es producido por el óvulo.para guiar el tubo de polen hacia el óvulo. Los estudios han demostrado que la estructura de LURE es diferente para cada especie de planta y es específica para cada tubo de polen de planta, es decir, cada péptido de LURE atrae preferentemente el tubo de polen de la misma especie de planta.El mecanismo exacto sobre cómo los tubos de polen detectan LURE ha sido desconocido hasta ahora.
En este estudio, publicado en línea el 10 de marzo de 2016 en la revista Naturaleza , Takeuchi y Higashiyama han descubierto un receptor que se requiere para la detección de SEÑUELO en la punta del tubo de polen para la planta modelo, Arabidopsis thaliana berro de thale. También descubrieron que este receptor funciona con múltiples receptores que tienen un efecto similar.estructura, para detectar con precisión las señales transmitidas desde el pistilo. Al aceptar las diversas señales enviadas desde el pistilo, los receptores de quinasa permiten que los tubos de polen crezcan hasta una posición dentro del pistilo donde puedan detectar SEÑUELO. Posteriormente, los tubos de polenson guiados para llegar al óvulo y transmitir sus espermatozoides para la fertilización.
"Creemos que este estudio avanza nuestra comprensión sobre el mecanismo de fertilización entre especies de plantas", dice Takeuchi, un investigador postdoctoral, actualmente en el Instituto Gregor Mendel en Austria, quien realizó este estudio ". Al investigar el papel de esteEn mayor detalle, esperamos que esto conduzca al desarrollo de técnicas para alterar la tasa de éxito en la fertilización y mejorar la eficiencia de la producción de semillas, así como para establecer métodos que permitan la fertilización entre diferentes especies ", dice Higashiyama, líder del proyecto deel proyecto ERATO y un profesor / subdirector en ITbM, Universidad de Nagoya.
El arroz y la soya que comemos diariamente son las semillas de las plantas y muchos vegetales se desarrollan a partir de semillas. Para que las plantas cultiven semillas, es necesario que los órganos reproductores masculinos y femeninos de las plantas se encuentren y fertilicen. El órgano masculinode las plantas con flores consiste en polen y las células de esperma dentro. El polen se convierte en un tubo de polen, que es una sola célula con una estructura tubular. La punta del tubo de polen antera se extiende y crece en el pistilo. El tubo de polen finalmente alcanzael óvulo en el interior del pistilo, y pasa el espermatozoide al óvulo para provocar la fertilización.
El hecho de que los tubos de polen puedan encontrar con precisión los óvulos sin perder su camino puede ser el elemento clave que respalde nuestro suministro de alimentos. La reunión de órganos masculinos y femeninos en las plantas es un evento extremadamente místico e importante, pero su mecanismo exactotodavía está lleno de misterio.
En 2009, Higashiyama y sus colegas descubrieron que una célula sinérgica, que se encuentra al lado de la célula del huevo, produce moléculas llamadas señuelos que atraen los tubos de polen en las plantas de Torenia. También descubrieron péptidos LURE similares en Arabidopsis thaliana en 2012.
"Descubrimos que la estructura de LURE difiere según la especie de planta, y que LURE de una planta específica atrae tubos de polen de la misma especie, lo que preserva la fertilización entre las mismas especies", describe Higashiyama. "Por lo tanto, LURE ha sidoidentificado como el factor clave producido por el órgano femenino para atraer al órgano masculino en las plantas "
Sin embargo, el mecanismo sobre cómo los tubos de polen pueden detectar LURE, cómo los tubos de polen crecen hasta una posición dentro del pistilo donde pueden detectar LURE, y los factores detrás del crecimiento y las respuestas de los tubos de polen han sido desconocidos. El equipo de Higashiyama decidiómire estas preguntas intentando descubrir los factores clave en los tubos de polen que le permiten detectar SEÑUELO.
"Al utilizar Arabidopsis thaliana como modelo, planteamos la hipótesis de que los 23 receptores de quinasas localizados específicamente en la superficie de la membrana de los tubos de polen podrían ser candidatos necesarios para detectar LURE", dice Takeuchi. "Realicé bioensayos de tubos de polen desactivandola función de cada receptor de quinasa y descubrió que el receptor PRK6 era esencial para detectar LURE ".
Para PRK6, en realidad hay múltiples familias de receptores que tienen una secuencia de aminoácidos similar. Al desactivar la función de otros receptores PRK, Takeuchi y Higashiyama descubrieron que la pérdida de varias combinaciones de receptores PRK condujo a reducciones en las respuestas del polentubos para atraer o dificultar el crecimiento del tubo de polen. Esto coincide con informes anteriores de que el crecimiento de los tubos de polen es inducido por el receptor PRK que responde a las señales enviadas desde el pistilo. Por lo tanto, el equipo descubrió que PRK6 y sus otros receptores PRK trabajan juntos paradetecte LURE y permita que los tubos de polen crezcan a una posición dentro de un pistilo donde pueda detectar LURE.
Takeuchi luego estudió cómo PRK6 envía señales dentro de las células del tubo de polen para comprender cómo responde a SEÑUELO. "Cuando el tubo de polen crece en dirección recta, PRK6 se distribuye equitativamente a través de la membrana celular", explica Takeuchi ".Utilicé PRK6 marcado con fluorescencia y al agregar LURE al tubo de polen, observé que PRK6 se mueve hacia el área de la membrana celular en la punta del tubo de polen que se enfrenta a LURE. El tubo de polen cambia su dirección y comienza a crecer hacia LURE"A partir de estos resultados, el equipo demostró que PRK6 recoge los factores necesarios para el crecimiento del tubo de polen en la dirección de LURE".
"Aunque se considera que la atracción de los tubos de polen ocurre preferentemente entre la misma especie, queríamos ver si podemos hacer que ocurra entre diferentes especies", dice Higashiyama. Tras el tratamiento de SEÑUELO de Arabidopsis thaliana a un tubo de polen deuna planta de Capsella rubella bolsa de pastor rosa, que pertenece a la misma familia Brassicaceae Cruciferae que Arabidopsis thaliana, no se observó respuesta al SEÑUELO.
"Curiosamente, cuando insertamos el gen PRK6 de Arabidopsis thaliana en el tubo de polen de Capsella rubella, respondió al SEÑUELO de Arabidopsis thaliana", dice Takeuchi. "Estos datos muestran que el receptor PRK6 en el tubo de polen es seguramente elfactor clave para detectar SEÑUELO de la misma especie. También estábamos muy emocionados de ver la atracción del tubo de polen entre un tubo de polen y un SEÑUELO de una especie diferente ", dicen Takeuchi y Higashiyama.
La generación de semillas a través de la fertilización del pistilo por el estambre se conoce desde hace más de 2000 años y es un mecanismo extremadamente importante en la agricultura. Además, se descubrió el hecho de que los tubos de polen son atraídos por el órgano del pistiloHace 100 años, desde el descubrimiento de la molécula atrayente LURE, se ha buscado la divulgación del mecanismo de respuesta a la proteína. Este estudio revela que el receptor PRK6 en los tubos de polen es el factor principal para la detección y el crecimiento hacia LURE.
"Mediante una investigación adicional sobre la familia de receptores PRK, esperamos revelar el mecanismo completo de fertilización que ocurre a través del crecimiento de los tubos de polen y la detección de SEÑUELO", dicen Takeuchi y Higashiyama.
"También descubrimos en nuestros estudios que la inserción de un gen del receptor PRK6 permite la atracción del tubo de polen de una especie diferente", dice Higashiyama. "Esto puede tener potencial en el desarrollo de nuevos métodos para permitir la fertilización entre diferentes especies. Al explorarmoléculas que se dirigen a los receptores PRK, esto puede conducir a la producción de agroquímicos que pueden mejorar la producción de semillas al aumentar la tasa de fertilización. También prevemos que este estudio desencadenará nuevas investigaciones para permitir la fertilización entre diferentes especies para crear nuevas y útiles especies de plantas que puedancontribuir a un suministro de alimentos sostenible ", continúa.
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Materiales proporcionado por Instituto de Bio-Moléculas Transformativas WPI-ITbM, Universidad de Nagoya . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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