Una oscura planta acuática ha ayudado a explicar cómo las plantas evitan agrietarse bajo el estrés y las tensiones del crecimiento.
El hallazgo de los investigadores Dr. Robert Kelly-Bellow y Karen Lee en el grupo del profesor Enrico Coen en el Centro John Innes comenzó con una curiosa observación en un mutante enano de la planta carnívora. Utricularia gibba.
Los tallos de esta planta flotante están llenos de espacios de aire y este vacío significa que la columna vascular dentro del tallo puede doblarse cuando está bajo estrés. Este efecto no sería evidente en la mayoría de las plantas, que tienen tallos sólidos.
Los investigadores vieron que en un mutante enano la columna central era ondulada en lugar de recta. Ellos plantearon la hipótesis de que esta columna tambaleante fue causada por un conflicto interno, una disparidad entre lo que estaba sucediendo dentro del tallo de la planta y la epidermis o piel. El modelado computacional del coautor, el Dr. Richard Kennaway, mostró que esta idea podría explicar lo que se observó.
«Nos dimos cuenta de que en estos tipos de enanos, solo la epidermis, la piel del tallo, quiere ser corta, el tejido interno todavía quiere ser largo, de ahí el efecto de pandeo», explica el profesor Enrico Coen del Centro John Innes, un autor del estudio que aparece en Ciencia.
«Esto fue una sorpresa: anteriormente, la gente había pensado que las variedades enanas, que son muy importantes en la agricultura, serían enanas porque todo en el tallo se ve afectado para crecer menos, pero en realidad es solo la piel en este caso, creando una especie de camisa de fuerza.»
Investigaciones posteriores revelaron que la Utricularia gibba El mutante enano carecía de una hormona de crecimiento llamada brasinoesteroide.
Teorizaron que esta hormona normalmente permite que la piel se estire, dando una camisa de fuerza más indulgente y permitiendo que el tallo de la planta se alargue.
Para probar esta idea, utilizaron un mutante en la planta modelo Arabidopsis que debilita el pegamento entre las células, para ver si la reducción del brasinoesteroide causaría la formación de grietas importantes en la piel del tallo como resultado del estrés.
«Eso es exactamente lo que vimos», explica el profesor Coen. «Normalmente, un tallo de Arabidopsis con pegamento debilitado se agrietará ligeramente porque la hormona está allí para aflojar la camisa de fuerza. Pero cuando faltaba la hormona, la piel se arrancaba por completo y la planta estaba casi sin piel».
El modelado computacional del coautor, el profesor Richard Smith, mostró que la hormona brasinoesteroide probablemente estaba aliviando la camisa de fuerza al aflojar las fibras en las paredes de las células epidérmicas.
«Las células vegetales están pegadas y se ven obligadas a comportarse de manera coordinada solo por su pectina, su pegamento, que las une. Lo que mostramos en este estudio es que se trata de una fuerza increíblemente poderosa; el pegamento es tan fuerte que solo necesitas para cambiar el crecimiento en una capa y las otras células seguirán», explica el profesor Coen.
«Estudios anteriores han enfatizado que las plantas envían señales moleculares para crecer de manera coordinada, y esto sigue siendo parte de la explicación. Pero lo que muestra nuestro estudio es que la pegajosidad de las células vegetales también es un componente vital en la coordinación del crecimiento. Mantenerse unidos es muy importante.»
El coautor, el Dr. Christopher Whitewoods del Laboratorio Sainsbury de la Universidad de Cambridge, enfatiza la importancia potencial de estos hallazgos para futuras investigaciones. «El hecho de que las interacciones mecánicas entre las capas celulares controlen el crecimiento en los tallos de dos especies muy diferentes plantea la cuestión de si controlan otros aspectos del desarrollo de la planta, como el complejo patrón interno de las hojas. Estamos emocionados de probar si este es el caso.»
Los hallazgos arrojan luz sobre variedades de cultivos enanas, como el trigo y el arroz, que sustentan la Revolución Verde de la agricultura, y explican cómo los genes controlan su crecimiento y cómo podríamos mejorar su eficiencia en el futuro.
Sus hallazgos también se relacionan con los procesos de desarrollo en animales, como la formación de grietas en la piel de cocodrilo y la formación del intestino, donde también se cree que las interacciones mecánicas entre las capas juegan un papel.
Muchas hipótesis parecen prometedoras al principio, pero luego no duran todo el curso experimental. No es así en este caso, reflexiona el profesor Coen.
«El primer vistazo del tejido tambaleante en nuestra planta acuática enana fue emocionante porque tan pronto como lo vimos, tuvimos una idea de lo que podría estar pasando. Pero la mayor emoción provino de probar la idea en un sistema completamente diferente.
«La naturaleza es esquiva. El noventa y nueve por ciento de las buenas ideas fracasan cuando se someten a una prueba crítica. Pero ocasionalmente una idea sobrevive y luego sabes que la naturaleza te ha revelado uno de sus secretos», dice.
Brassinosteroid coordina las interacciones de la capa celular en las plantas a través de la pared celular y la mecánica de los tejidos, aparece en Ciencia.
