Un estudio revela mecanismos moleculares esenciales para el desarrollo de los tomates

AGENCIA FAPESP/DICYT – En un artículo publicado en la revista Development, investigadores de la Escuela Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, de la Universidad de São Paulo (Esalq-USP), en Brasil, describen los mecanismos relacionados con el desarrollo de la tomatera (Solanum lycopersicum) y señalan caminos hacia el diseño de nuevas tecnologías capaces de incrementar la productividad de estas plantas.

Tal como lo explican los investigadores, todas las estructuras de las flores surgen a partir del meristemo floral, un área de la planta rica en células madre. La tomatera posee flores que contienen tanto el órgano masculino (conos de anteras) como el órgano femenino (el gineceo, en el cual se ubica el ovario). Luego de la fertilización y la polinización, el ovario da origen al fruto. Los óvulos (los gametos femeninos) se forman durante el desarrollo ovárico y, tras su fecundación, dan origen a las semillas.

De acuerdo con este estudio, aun en las condiciones ideales de polinización y fertilización, la tomatera solamente es capaz de desarrollarse si vías mediadas por micro-ARN (pequeñas moléculas de ARN que regulan la expresión de otros genes) y una hormona vegetal llamada giberelina interactúan correctamente y hacen posible el desarrollo inicial del ovario.

Hace casi una década, estudios previos del mismo grupo ya habían demostrado el efecto de un micro-ARN –el miR156– en la regulación del desarrollo de los tomates en términos de tamaño, formato y producción de semillas. En aquella ocasión se describieron dos vías genéticas: una implicada en la fijación inicial del ovario como fruto y otra en la formación de las semillas dentro del fruto.

“En el transcurso de este camino nos percatamos de que esos pequeños ARN podrían interactuar con ciertas hormonas vegetales, que también son importantes en la formación y en la fijación del ovario y su posterior desarrollo como fruto”, comenta Fábio Tebaldi Silveira Nogueira, investigador del Laboratorio de Genética Molecular del Desarrollo Vegetal del Departamento de Ciencias Biológicas de la Esalq-USP y coordinador del trabajo. “Una de esas fitohormonas es la giberelina, que en asociación con esos micro-ARN hace posible que las tomateras florezcan.”

En el actual estudio, financiado por la FAPESP en el marco de tres proyectos (18/17441-3, 18/13316-0 y 19/20157-8), los científicos lograron conectar ambas informaciones y así demostrar en forma inédita en la literatura que las vías genéticas reguladas por el miR156 interactúan fuertemente con la giberelina cuando se forma el ovario en el meristemo floral.

Para entender con precisión este proceso, se realizó un análisis del transcriptoma de la tomatera (el conjunto de ARN expresados por los genes de la planta), que pasó por dos modificaciones genéticas para que produjese mucha y pocas fitohormonas y muchos y pocos microARN. Inicialmente se generaron plantas transgénicas con una mayor actividad del miR156. Esas plantas se combinaron entonces con plantas mutantes con alta respuesta a la giberelina. Al combinar esas alteraciones en una misma planta, los investigadores observaron que los ovarios eran incapaces de formar frutos.

“Observamos que cuando se alteran esas dos vías de modo tal que no logran conversar entre sí, es decir, que no interactúan o interactúan de manera defectuosa, el meristemo floral, que debería dar origen al ovario y a los frutos, desarrolla estructuras totalmente amorfas, que no forman las cavidades loculares en donde las semillas deberían desarrollarse”, explica Tebaldi Silveira Nogueira. “Así fue como describimos el control inicial del establecimiento de la formación del ovario en los meristemos florales de la tomatera, la fase fundamental para que la planta produzca frutos posteriormente.”

De acuerdo con Tebaldi Silveira Nogueira, aun cuando la tomatera reúna todas las condiciones de polinización y fertilización, sus frutos no se formarán si el desarrollo inicial del ovario no transcurre en forma correcta, es decir, si la interacción entre la giberelina y las vías de microARN no se concreta de la manera apropiada.

Con interés económico

Pese a que ya existe en la literatura científica información robusta sobre la genética y la fisiología del desarrollo ovárico, esta fue la primera vez que se describió la interacción entre los micro-ARN y la giberelina, especialmente en una planta de interés económico como lo es la tomatera.

“Con este conocimiento, contamos con la base genética y fisiológica como para poder manipular y aumentar la cantidad de semillas dentro de un fruto, por ejemplo, con el consiguiente incremento de su productividad, aparte de modular su tamaño”, comenta Tebaldi Silveira Nogueira. “Cabe incluso recordar que la semilla es uno de los elementos de valor más elevado en los cultivares de tomateras para la producción de tomates de mesa o industriales.”

Ahora los investigadores pretenden investigar si otras vías de micro-ARN y distintas hormonas también interactúan e influyen en el desarrollo con miras a aumentar la cantidad y el tamaño de los frutos, por ejemplo.

Este estudio contó también con el apoyo de la Coordinación de Perfeccionamiento del Personal de Nivel Superior (Capes, ligada al Ministerio de Educación de Brasil) y del Biotechnology and Biological Sciences Research Council (del Reino Unido).