Las plantas envían 'cartas de amor' moleculares para reproducirse

Investigadores del Departamento de Biología Vegetal y Microbiana (PMB) de Berkeley han descubierto los intrincados procesos moleculares que preceden a la reproducción en las plantas con flores.

Publicado el 6 de julio en Nature, los hallazgos documentan un proceso molecular previamente desconocido que sirve como método de comunicación durante la fertilización. Según el profesor Sheng Luan, presidente del departamento de PMB y autor principal del artículo, el mecanismo exacto para la señalización ha eludido previamente a los investigadores.

"A nivel molecular, todo este proceso ahora es más claro que nunca", dijo.

Las flores se reproducen sexualmente a través de la polinización, un proceso que implica la transferencia de polen desde el estambre de una flor (el órgano masculino de fertilización) hasta el estigma en el pistilo (el órgano reproductor femenino). Una vez que el grano de polen se aloja en el estigma, crece un tubo polínico desde el grano de polen hasta convertirse en un óvulo para facilitar la transferencia de esperma al óvulo.

Luan dijo que los investigadores registraron previamente la presencia de ondas de calcio que, al estilo de 'cartas de amor' preceden al proceso de fertilización y señalaron que sabían que la señal de calcio es importante, pero no sabían exactamente cómo se produce.

Para analizar cómo la célula femenina produjo la onda de calcio, Luan y sus coautores introdujeron un biosensor para informar los niveles de calcio en la célula específica para buscar señales de las partes masculinas que desencadenan las ondas de calcio.

Descubrieron que los tubos polínicos emiten varios péptidos pequeños (cadenas cortas de aminoácidos) que pueden ser reconocidos por los receptores de péptidos en la superficie de la célula femenina. Una vez activados, estos receptores reclutan un canal de calcio para producir una onda de calcio que guía el tubo polínico hacia el óvulo e inicia la fertilización.

"Podrías comparar esto con un servicio de entrega", explicó Luan. "Sabemos que la pequeña molécula peptídica sirve como una señal para la parte femenina de la flor, casi como un golpe en la puerta para hacerle saber que el tubo polínico está aquí".

Las ondas de calcio finalmente hacen que el tubo polínico se rompa y libere el esperma inmóvil una vez que está dentro del óvulo, asegurando un proceso de fertilización exitoso.

"En cierto modo, básicamente se suicidan para liberar el esperma", dijo Luan en un comunicado. "A veces, la célula reproductora femenina también muere para exponer el óvulo para que puedan encontrarse y producir una nueva vida. Es una especie de viaje romántico para la reproducción de las plantas".

Según Luan, comprender los intrincados procesos moleculares de la fertilización puede ayudar a mejorar los rendimientos comerciales de las plantas con flores. Otros investigadores o genetistas de plantas podrían usar los hallazgos para romper la barrera entre especies, abriendo potencialmente la puerta a la creación de nuevas especies de cultivos híbridos a través de la polinización cruzada.

Pero, además de la posible aplicación comercial, estos hallazgos resaltan aún más la capacidad milagrosa de las plantas para comunicarse a través de emisiones moleculares. "Desde un punto de vista evolutivo, las plantas reinventaron sus propias moléculas específicas para su proceso de comunicación único", agregó.

Los canales de calcio identificados en este estudio son exclusivos de las plantas, lo que sugiere que inventaron una forma de producir señales que son diferentes a las que se encuentran en los animales. Luan dijo que los investigadores han estudiado los canales de calcio durante más de 30 años, descubriendo cómo confieren resistencia al mildiu polvoriento (una enfermedad fúngica que afecta a una amplia variedad de plantas) o permiten la detección mecánica en los sistemas de raíces.

Su papel bioquímico permaneció desconocido hasta que este estudio descubrió la actividad específica del canal. "Reinventar nuevos canales para comunicarse a su manera, de acuerdo con los diferentes estilos de vida de plantas y animales, es de importancia general para la biología", dijo Luan.