Comprender el crecimiento de las raíces tiene implicaciones para la agricultura resiliente al clima

Conocer los detalles más pequeños de cómo crecen las raíces de las plantas durante los períodos críticos de desarrollo permite crear cultivos resistentes a la sequía. Para identificar vías que influyen específicamente en la dirección de la división celular, los científicos diseñaron un sistema de cultivo celular que puede monitorear la división y orientación celular durante varios días en un formato en miniatura. Luego utilizaron una combinación de herramientas genéticas y moleculares para comprender la función posterior de estas pequeñas moléculas que pueden influir en la orientación de la división celular en las plantas.

Comprender cómo crecen las raíces puede ayudarnos a desarrollar plantas que sean más tolerantes a la sequía, por ejemplo. La investigación realizada por el equipo del profesor Bert De Ribel del VIB-UGen (Centro de Biotecnología Médica del Instituto de Biotecnología de Flandes) en colaboración con colegas de otros departamentos y la Universidad de Gante revela cómo las raíces pasan por una fase de «pubertad», que podría tienen implicaciones importantes para el desarrollo de una agricultura resiliente al clima. Su trabajo fue publicado en Science.

Las plantas, como todos los organismos vivos, pasan por varias etapas de desarrollo, comenzando como semillas, convirtiéndose en brotes y, finalmente, convirtiéndose en plantas maduras y fértiles. Incluso atraviesan una especie de «pubertad» durante la cual el brote joven cambia sus patrones de crecimiento, lo que es vital para la supervivencia y la adaptación al entorno. Al cambiar la dirección en la que se dividen las células, las plantas pueden crecer más anchas que altas, o viceversa.

Entre la primera y la tercera semana de desarrollo, las raíces sufren muchos cambios. Ahora los científicos han logrado obtener datos moleculares sobre la «madurez sexual de las raíces». Sus hallazgos resaltan el papel fundamental del promotor SPL13 (SQUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN-LIKE 13) en la regulación de la división celular orientada, un proceso esencial para el crecimiento y la morfología adecuados de las raíces.

«Nuestro estudio proporciona información molecular sobre los cambios relacionados con la edad que ocurren fundamentalmente durante esta fase crítica», dice el profesor De Ribel. «Descubrimos que alterar la expresión genética de los factores de transcripción SPL, particularmente SPL13, es fundamental para esta transición al regular la orientación de la división celular».

La transición resultante de la actividad de SPL13 se caracteriza por cambios distintos en la morfología de la raíz y el perfil molecular que son críticos para el desarrollo general de la planta.

El Dr. Dominik Odenaert, director de VIB Screening Core (parte de VIB Technologies), explica: “Proporcionamos tecnología de detección de vanguardia basada en microscopía que nos permitió identificar moléculas que cambian la orientación de la división celular en cultivos celulares. Al evaluar el mecanismo de acción de los compuestos identificados, pudimos demostrar que cambiar la producción de SPL13 en las células hace que los sistemas de raíces crezcan más pronunciados y profundos».

Cambiar el nivel de expresión de SPL13 incluso permitió a los científicos acelerar o ralentizar el envejecimiento de las raíces en la planta modelo Arabidopsis.

“La pequeña molécula coral7 induce niveles de expresión de SPL13. La modulación de los niveles de SPL permite que el desarrollo real se interrumpa de vez en cuando y, por tanto, provoca un envejecimiento rápido o la prolongación de la juventud. Nuestra investigación no sólo presenta un mecanismo fundamental de desarrollo vegetal previamente desconocido, sino que también abre nuevas oportunidades para aumentar la productividad de las plantas y su resiliencia a las condiciones ambientales cambiantes”, afirma el profesor De Ribel.

A medida que la población mundial continúa creciendo, optimizar el crecimiento y el desarrollo de las plantas será fundamental para la seguridad alimentaria. La importancia de los factores de transcripción SPL en la biología vegetal resalta sus posibles aplicaciones en la agricultura mediante la alteración de los patrones de crecimiento de las raíces, lo que podría hacer que los cultivos sean más tolerantes a la sequía, por ejemplo.

Al revelar la complejidad previamente oculta del desarrollo de las raíces, este estudio también resalta una brecha en la investigación actual sobre plantas. La mayoría de los estudios utilizan muestras de raíces que tienen una semana de edad, pero ahora está claro que las raíces sufren cambios significativos en la morfología y la expresión genética antes de la etapa de tres semanas.

Fuente: VIB (Instituto Flandes de Biotecnología).