Los biólogos del Laboratorio Cold Spring Harbor CSHL han realizado un descubrimiento importante que ayuda a explicar cómo las plantas regulan la proliferación de sus células madre. El descubrimiento tiene implicaciones a corto plazo para aumentar el rendimiento del maíz y muchos otros cultivos básicos, tal vez portanto como 50%.
La vía reguladora recién descubierta es notable porque canaliza señales que emanan de las extremidades de una planta - hojas jóvenes emergentes llamadas primordios - al nicho de células madre, llamado meristemo, ubicado en la punta de crecimiento de la planta.
Los biólogos de plantas conocen desde hace mucho tiempo otra vía, llamada vía CLAVATA-WUSCHEL, que regula la proliferación de células madre dentro de una porción del meristemo mismo, llamada centro organizador OC. En esta vía canónica, "el receptor y el ligando[ambos] se expresan en las células madre, que envían señales a las células justo debajo, en el OC ", explica el profesor de CSHL David Jackson, quien dirigió el equipo que encontró la nueva vía.
WUSCHEL es un factor de transcripción que altera la expresión génica, y al hacerlo promueve la proliferación de células madre, que son totipotentes, capaces en plantas, como en humanos, de convertirse en células de cualquier tipo. En el canonical CLAVATA-WUSCHELvía, las células madre envían al OC una señal negativa, reprimiendo la señal de proliferación.
Se establece una retroalimentación similar en la vía recién descubierta, aunque su señal comienza en las hojas. Tener una señal proveniente de las hojas es nueva y emocionante porque podría actuar como una especie de sensor ambiental, que indica células madre totipotentes en el meristemopara dejar de proliferar: un freno, aplicado desde las partes más antiguas y desarrolladas de la planta, por ejemplo, en respuesta a señales ambientales como la luz, los nutrientes o la humedad disponibles.
Jackson y sus colegas identificaron el receptor para estas "señales de frenado de las hojas" en las células en la parte inferior del meristemo. Llamaron al receptor FEA3. También descubrieron el ligando que interactúa con el receptor, un fragmento de proteína llamado FCP1.
En una extensión altamente consecuente del trabajo de descubrimiento, el equipo de Jackson estudió plantas de maíz en las cuales FEA3, el receptor de la señal de las hojas, era disfuncional, debido a una variedad de mutaciones en el gen FEA3.
Cuando los receptores FEA3 en el meristemo no pueden funcionar en absoluto, "es como si fueran ciegos al FCP1", dice Jackson. La señal inhibidora que el FCP1 envía desde las hojas al meristemo no se recibe, y las células madre proliferansalvajemente. La planta produce demasiadas células madre, y dan lugar a demasiadas semillas nuevas, semillas que la planta no puede soportar con los recursos disponibles luz, humedad, nutrientes. En tales plantas mutantes de FEA3, se desarrollan mazorcas de maíz que exhiben unacalidad llamada fasciación; a partir de sus meristemos muy extendidos, se generan demasiados núcleos de bebé, que se forman deformes y, en última instancia, producen oídos con bajo rendimiento.
Pero cuando el equipo de Jackson realizó un truco genético, cultivando plantas con los llamados "alelos débiles" del gen FEA3, la función del receptor FEA3 solo se vio levemente afectada. Este fallo moderado de la señal de frenado desde fuera del meristemo dio lugar aun aumento modesto y manejable en las células madre y en las mazorcas que eran significativamente más grandes que las mazorcas en las plantas de tipo silvestre.
Estas mazorcas, el producto de las plantas de maíz cultivadas a partir de alelos débiles de FEA3, tenían más hileras de granos y hasta un 50% más de rendimiento general que las plantas de tipo silvestre.
Debido a que la vía FAE3-FCP1 recientemente descubierta está altamente conservada en todo el reino vegetal, el descubrimiento por parte del equipo de Jackson tiene la posibilidad de traducirse en aumentos significativos en el rendimiento en todos los cultivos básicos principales.
Antes de que dicho trabajo de traducción pueda continuar, Jackson y sus colegas planean probar los alelos FEA3 recientemente descubiertos en variedades de élite de maíz y otros cultivos en ensayos agrícolas.
Este trabajo fue apoyado por el Programa de Investigación del Genoma Vegetal de NSF; Dupont Pioneer; la Fundación Caritativa Gatsby; Consejo de Investigación Sueco; Administración de Desarrollo Rural, República de Corea.
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Materiales proporcionado por Laboratorio Cold Spring Harbor . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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