Desentrañan misterio de la sexualidad de plantas

Por admin/Sapiens
18 Marzo, 2010

Aunque usted no lo crea, la sexualidad de las plantas se ha convertido en el santo grial de la biotecnología vegetal, ya que entraña secretos que podrían revolucionar la manera de producir una mayor cantidad de alimentos que día con día se producen en los campos y que llegan a las mesas de todo mundo.

Como auténticos voyeuristas vegetales, científicos que integran cuando menos 25 grupos de alto nivel en diversos países buscan entender cómo el mango, el diente de león y otras 350 variedades de vegetales han renunciado completamente al sexo para reproducirse y han decidido multiplicarse a través de un método asexual, fascinante y misterioso, llamado “apomixis”.

Aún se desconocen muchos de los mecanismos moleculares de esta auténtica clonación natural, pero ahora un grupo de investigadores del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados Unidad Irapuato (Cinvestav), encabezado por Jean Philippe Vielle Calzada, ha dado un paso fundamental para conocer algunos de los secretos genéticos que, de acuerdo con un artículo publicado en  Nature –la revista científica de mayor impacto internacional–, podría marcar el inicio de la comprensión humana de este fenómeno.

La razón por la que es tan importante inmiscuirse en la vida sexual de las plantas radica en que la mayor parte (98 por ciento) de los alimentos vegetales como el maíz, trigo, sorgo y arroz, entre muchos otros, se reproducen de manera sexual, incluso con doble fecundación en la que intervienen el óvulo y la célula espermática, mejor conocida como polen.

De esta manera, las semillas que surgen de esta cruza heredan la mitad de su material genético de la madre y la otra mitad del padre, por lo que las características genéticas cambian o se pierden de una generación a otra, al igual que ocurre entre las personas y animales.

Para evitar que se pierdan las mejores características genéticas, se han desarrollado semillas híbridas que ahora son las de mayor uso en la agricultura moderna puesto que son más productivas y menos susceptibles a los patógenos, y conservan un fenómeno llamado “vigor híbrido”.

A partir de la Revolución Verde a finales de los años 50 del siglo XX, se han desarrollado semillas mejoradas de los principales alimentos a nivel mundial, tras un largo proceso de hibridación a través del cual se seleccionan y cruzan ciertas plantas para obtener características agrícolas muy específicas que han permitido mayores rendimientos.

Pero los científicos quieren que estas plantas de interés alimentario se olviden del sexo a la hora de reproducirse y lo hagan a través de la apomixis; el detalle está en que aún se desconocen los complejos mecanismos genéticos y moleculares que la regulan. Hasta ahora.

Las plantas apomícticas tienen la capacidad de formar embriones sin necesidad de fecundación, sus células reproductivas femeninas contienen todos los genes necesarios para formar una planta adulta, no se dividen por meiosis y, por lo tanto, no pierden la mitad de sus cromosomas conservando su ADN intacto; la planta que se llega a formar es genéticamente idéntica a su madre: un clon.

Lograr que las plantas de interés agrícola se conviertan en apomícticas significaría una nueva Revolución Verde, que cambiaría la producción agrícola mundial, podría afectar a las grandes empresas trasnacionales que dominan el mercado mundial de semillas híbridas, y beneficiar a los campesinos más pobres, dice Vielle Calzada a SAPIENS.

Los biotecnólogos mexicanos, junto con sus colegas de Francia y Estados Unidos, observaron y hasta fotografiaron para no perder ningún detalle, las prácticas sexuales de una planta llamada Arabidopsis thaliana (el modelo de investigación vegetal por excelencia) y descubrieron que existe una proteína llamada Argonauta 9 cuya función es reprimir a las células sexuales de la planta, cual cura católico molecular, y les impide su libre expresión para reproducirse.

“Es una  proteína conformada por pequeñas moléculas de RNA que se comporta como reguladora maestra que controla el destino de las células y les ordena cuándo y cómo deben convertirse en células reproductivas”, dice Vielle Calzada, del Laboratorio Nacional de Genómica para la Biodiversidad (Langebio) del Cinvestav.

Cuando menos 25 grupos científicos en todo el mundo compiten para encontrar las claves de la sexualidad de las plantas y hasta ahora se ignoraba el papel que juega Argonauta 9 en el aparato reproductor, pero con este hallazgo se podría haber encontrado una ruta regulatoria inicial que le confiere un papel represor en todas las plantas que se reproducen sexualmente.

Con las semillas híbridas los campesinos no pueden tomar una parte de su cosecha para sembrar en el próximo año, porque al combinarse los rasgos genéticos con la reproducción sexual las plantas no son genéticamente idénticas. De esta forma, el valor agrícola de semillas híbridas se mantiene sólo durante un ciclo de cultivo, por lo que los agricultores están obligados a comprar semilla mejorada año tras año.

De acuerdo con la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO) el mercado mundial de semillas híbridas esta dominado en más del 90 por ciento por 6 empresas trasnacionales que obtienen ganancias por 26,500 millones de euros anuales.

Para producir las semillas híbridas las empresas semilleras tienen que cruzar plantas cada año y venden la semilla híbrida a los agricultores para alcanzar una máxima y homogénea producción. La producción con apomixis sería mucho más fácil y barato.

“Es un tema muy antiguo y al mismo tiempo muy difícil. Como resultado, la investigación en apomixis sigue ‘olas’ de gran entusiasmo, que siguen los descubrimientos importantes (o un cambio tecnológico significativo), después del cual entran muchos grupos en el tema, seguido por periodos de depresión, cuando se dan cuenta de que no va a ser tan sencillo”, explica Daniel Grimanelli, del Instituto de Investigación para el Desarrollo de Francia y coautor del estudio.

Grimanelli menciona que este nuevo resultado seguramente tendrá el mismo efecto “inductor” en la comunidad de biólogos de plantas de todo el mundo pues los genes de la familia de Argonautas están de moda, y con mucha razón, pues tienen numerosos papeles regulatorios, por lo que muchos investigadores le echaran ojo nuevamente con un enfoque hacia la apomixis.

“Esta podría ser la primera puerta de entrada al proceso molecular de la apomixis, estos resultados son los más importantes en mucho años”, agrega Grimanelli. “El tiempo dirá si vamos bien, pero es muy alentador. Y va a generar la masa crítica de interés que necesita el tema”

Los investigadores ya están preparando los siguientes pasos para que en un futuro pueda tener aplicaciones concretas en el campo, pero son cautos, pues falta mucho para establecer una relación funcional directa de Argonauta 9 con la apomixis.

“Es el principio que nos permitirá entender el proceso completo y, eventualmente, implementarlo en las plantas cultivables, donde no necesariamente ocurriría lo mismo que en Arabidopsis, pues cada planta y especie tiene un reto distinto”, señala Vianey Olmedo del Langebio y coautora de la investigación. “Hay que analizar la manera en que participan otras proteínas y cómo interactúan entre ellos y qué otros elementos intervienen en el proceso, pero esta es una teoría general de la cual partiremos”.

Para Robert A. Martienssen, investigador de la Universidad de Cambridge y coautor del estudio, es muy probable que Argonauta 9 nos lleve a la apomixis pero por ahora tienen que analizar si otras plantas también experimentan apospory (un componente importante de la apomixis) y apomixis en mutantes similares.

También tendrían que analizar si los tansposones, una especie de genes salteadores, están implicados directa o indirectamente en la actividad de Argonauta 9.

Una vez que identificaron la proteína, los investigadores analizaron una mutante de Arabidopsis que no la produce y observaron que esta alteración permite que más células adquieran la capacidad de formarse como gametos. En vez de producir uno solo, la mayor parte de los óvulos sin Argonauta 9 produjeron varios gametos anormales que contenían toda la información genética completa.

“Cortando su función, causamos una reacción esquizofrénica de las células en el óvulo para que aquellas que supuestamente no se convertirían en gametos sí lo hicieran”, dice Vielle Calzada. “Parece que en estado normal evita que esas células sean transformadas en precursoras del gameto, lo cual sugiere que Argonauta 9 inicia la apomixis”.

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