Develan el mecanismo de la fertilización de las plantas

Este descubrimiento muestra de qué manera crecen las células de polen para llegar hasta los óvulos en las flores, y abre el camino tanto para el mejoramiento de cultivos alimenticios como para la comprensión del crecimiento de los hongos y de las neuronas

Por André Julião  |  Agência FAPESP – Un grupo internacional de investigadores develó el mecanismo mediante el cual las células que crecen desde el polen, los llamados tubos polínicos, aumentando hasta mil veces su tamaño para llegar a los óvulos de las flores. Se trata de un crecimiento que depende de la entrada y la salida de los protones, lo que genera una actividad eléctrica en la membrana de las células que las hace crecer. Este descubrimiento abre el camino hacia una mejor comprensión de la producción de semillas en las plantas, y también del crecimiento de los hongos y de las neuronas.

Este trabajo, que se lleva adelante con el apoyo de la FAPESP, se dio a conocer en una publicación de la revista Nature Communications, y se encuentra a cargo de científicos de Brasil, Dinamarca, Portugal y Estados Unidos.

“Un grano de polen está constituido por una sola célula. Cuando esta entra en contacto con el órgano sexual femenino en la superficie de la flor, esa célula de polen crece a una tasa sumamente elevada, formando lo que denominamos como tubo polínico, hasta alcanzar la base del ovario de la flor para arrojar las células espermáticas. Hasta ahora no se había entendido bien cómo transcurría este proceso”, explica Maria Teresa Portes, quien llevó adelante su investigación durante su posdoctorado en la Universidad de Maryland, en Estados Unidos.

El crecimiento del tubo polínico siempre intrigó a los investigadores debido a su tasa de crecimiento de hasta mil veces con relación al tamaño original, la mayor registrada entre los seres vivos. La especie que se empleó en el estudio fue la Arabidopsis thaliana, una herbácea nativa de Europa y Asia bastante utilizada como modelo experimental en investigaciones. Pertenece a la misma familia que la mostaza, y su tubo polínico crece hasta tres milímetros por día.

En el laboratorio, los investigadores produjeron variedades mutantes de la planta, en las cuales se modifican algunos genes, y descubrieron que la inactivación de tres genes al mismo tiempo, de un grupo conocido como AHA, hace que los tubos polínicos crezcan muy poco.

En las plantas mutantes, solamente los óvulos más cercanos a la superficie fueron fecundados, lo que llevó a que produjesen el equivalente a tan solo el 5% de las semillas que las plantas normales producen.

Al realizar una serie de experimentos, los investigadores observaron que las proteínas expresadas por esos genes funcionan como “bombas de protones”, al poner o sacar esas partículas eléctricas del ambiente y tornar más o menos ácido al tubo polínico. La consecuencia de ello es la generación de una actividad eléctrica en la membrana de las células, que hace que las mismas crezcan en dirección hacia el fondo del ovario de la flor.

“Pretendíamos entender de qué manera logran las células organizar este proceso de crecimiento. Y entonces observamos que existe un gradiente iónico, donde la distribución de protones no es homogénea. Hay más de ellos en la punta del tubo y menos a lo largo del cuerpo celular. Asimismo, existen gradientes de otros elementos, tales como calcio y actina”, dice Daniel Santa Cruz Damineli, otro coautor del estudio, quien realiza una pasantía posdoctoral en la Facultad de Medicina de la Universidad de São Paulo (FM-USP), en Brasil, con beca de la FAPESP.

De las semillas a las neuronas

Entre sus posibles aplicaciones, este estudio abre el camino hacia una comprensión más precisa de cómo transcurre la producción de semillas. De este modo, en un futuro, teóricamente, se podrían crear variedades mejoradas de plantas que sirven como alimento, tales como leguminosas y cereales.

“No se sabe a ciencia cierta de qué manera se orienta el tubo polínico y como transcurre la comunicación entre machos y hembras en las plantas. Por este motivo, este es un gran tema de estudio, que culmina en la producción de semillas. El desarrollo de las plantas pasa necesariamente por este mecanismo que ahora estamos empezando a entender mejor”, dice Portes.

Con todo, de una forma más amplia, este descubrimiento aporta evidencias con miras a la comprensión de otras células que exhiben el llamado crecimiento apical (en la punta), tales como los hongos y las neuronas, que está comprometido en células de cáncer.

“Son fenómenos aún no se han entendido bien en términos biológicos, en lo que concierne a saber cómo transcurre la orquestación del crecimiento. Y ahora podemos estudiarlos mejor”, dice Santa Cruz Damineli.

Puede leerse el artículo intitulado Plasma membrane H⁺-ATPases sustain pollen tube growth and fertilization en el siguiente enlace: www.nature.com/articles/s41467-020-16253-1.