Biólogos del Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) han hecho un importante descubrimiento con una vía de señalización que ayuda a explicar cómo las plantas regulan la proliferación de las células madre. El descubrimiento tiene implicaciones a corto plazo para aumentar el rendimiento de maíz y muchos otros cultivos básicos hasta en un 50%.
La vía de regulación recién descubierta es notable, ya que las señales emanan desde los canales en las extremidades de una planta (hojas jóvenes emergentes llamadas primordios) al nicho de células madre (llamado meristemo) situado en la punta de crecimiento de la planta.
Los biólogos vegetales han sabido por mucho tiempo de otra vía, la vía llamada CLAVATA-WUSCHEL, que regula la proliferación de células madre desde el interior de una parte del propio meristemo, llamado el centro de organización (OC). En esta vía mediada por canal, «el receptor y ligando están [ambos] expresados en las células madre, que envían señales a las células justo por debajo, en el OC», explica el profesor del CSHL, David Jackson, quien dirigió el equipo que descubrió la nueva vía.
WUSCHEL es un factor de transcripción que altera la expresión génica, y al hacerlo promueve la proliferación de las células madre, que son totipotentes (capaces en las plantas, así como en los seres humanos, de desarrollar células de cualquier tipo). En la vía de canal CLAVATA-WUSCHEL, las células madre se envían de vuelta al OC una señal negativa, suprimiendo la señal de proliferación.
Una retroalimentación similar se estableció en la vía recién descubierta, aunque su señal comienza en las hojas. Tener una señal que proviene desde las hojas es nuevo y emocionante, ya que podría actuar como una especie de sensor ambiental, informando a las las células madre totipotentes en el meristemo que detengan su proliferación – un freno, aplicado desde las partes más antiguas y más desarrollados de la planta, por ejemplo, en respuesta a señales ambientales tales como la luz disponible, los nutrientes y la humedad.
Jackson y sus colegas identificaron el receptor para estas «señales de frenado de las hojas» en las células de la parte inferior del meristemo. Nombraron FEA3 al receptor. También descubrieron el ligando que interactúa con el receptor, un fragmento de proteína llamado FCP1.
En una extensión de mucha importancia del trabajo de descubrimiento, el equipo de Jackson estudió las plantas de maíz en el que FEA3 (el receptor de la señal de las hojas) era disfuncional, debido a una variedad de mutaciones en el gen FEA3.
Cuando los receptores FEA3 en el meristemo no son capaces de funcionar en absoluto, “es como si fueran ciegos al [ligando] FCP1″, dice Jackson. La señal inhibidora FCP1 enviada desde las hojas a los meristemos no se recibe, y las células madre proliferan desatadamente. La planta produce demasiadas células madre, las cuales dan lugar a muchas nuevas semillas – semillas que la planta no puede sostener con los recursos disponibles (luz, humedad, nutrientes, etc.). En tales plantas mutantes para FEA3, las mazorcas de maíz desarrollan una característica llamada fasciación; desde sus meristemos enormemente extendidos, se generan demasiados granos bebé, que crecen deformes, y en última instancia dan lugar a mazorcas de pobre rendimiento.
Pero cuando el equipo de Jackson realizó un truco genético, sembrando las plantas con los llamados alelos «débiles» del gen FEA3, la función del receptor FEA3 se vio afectado sólo ligeramente. Este fracaso moderado de la señal de frenado desde fuera del meristemo, dio lugar a un aumento modesto y manejable en las células madre, y formó mazorcas que eran significativamente más grandes que las de plantas convencionales.
Estas mazorcas, producto de plantas de maíz cultivadas a partir de alelos débiles de FEA3, tenían más hileras de granos, y hasta un 50% mayor rendimiento que las plantas convencionales.
Debido a que la recién descubierta vía FAE3-FCP1 está altamente conservada en todo el reino vegetal, el descubrimiento del equipo de Jackson tiene la posibilidad de traducirse en un aumento significativo en el rendimiento en todos los principales cultivos básicos.
Antes de ese trabajo de traslado puede proceder, Jackson y sus colegas planean probar los alelos de FEA3 recién descubiertos en las variedades élite de maíz y otros cultivos en ensayos agrícolas.
Este trabajo fue apoyado por el Programa de Investigación del Genoma de Plantas NSF; Dupont Pioneer; la Fundación Gatsby; el Consejo Sueco de Investigación; y la Administración de Desarrollo Rural de Corea del Sur.