Las plantas con múltiples conjuntos de cromosomas, conocidas como poliploides, son tolerantes a la sal o resistentes a la sequía y, a menudo, logran mayores rendimientos. Sin embargo, las plantas poliploides recién formadas suelen ser estériles o tienen una fertilidad reducida y no son adecuadas para el cultivo de líneas resistentes. La razón es que el tubo polínico de estas plantas crece incorrectamente, lo que impide que se produzca la fecundación. El crecimiento del tubo polínico está controlado principalmente por dos genes que podrían ser útiles en el mejoramiento de cultivos.
La mayoría de los mamíferos y los humanos tienen un doble juego de cromosomas y, por regla general, las plantas también lo tienen: un juego proviene del padre y el otro de la madre. Estos organismos se llaman diploides. Sin embargo, a veces el número de juegos de cromosomas se duplica de una generación a la siguiente: un organismo diploide de repente se convierte en tetraploide, es decir, tiene cuatro juegos de cromosomas.
A diferencia de los humanos, donde los genomas múltiples suelen ser fatales, la poliploidía puede tener ventajas para las plantas afectadas. Las plantas con múltiples genomas se adaptan mejor al medio ambiente y son tolerantes a la sal o a la sequía. Además, a menudo producen semillas o frutos más grandes y producen mayores rendimientos, características prometedoras para los cultivos del futuro.
Pero hay una cosa: los individuos poliploides recién formados de una especie vegetal suelen ser total o casi completamente estériles y no pueden propagarse fácilmente. Aún no se comprende del todo la razón por la que estas plantas son infértiles.
Genes que controlan el tubo polínico.
Kirsten Bomblies, profesora de Genética Evolutiva de Plantas Moleculares de la ETH, y su equipo han descubierto un mecanismo previamente no reconocido para la reducción de la fertilidad en los poliploides. En un estudio reciente, publicado en Ciencia, Los investigadores muestran que el tubo polínico no crece adecuadamente en las plantas poliploides recién formadas.
Normalmente, un grano de polen que se adhiere al estigma de una flor durante la polinización germina en un tubo largo que crece recto y sin ramificaciones a través del ovario hasta los óvulos, donde tiene lugar la fertilización.
Los investigadores de ETH han observado que en las plantas poliploides recién formadas, el tubo polínico no crece recto ni es lo suficientemente largo. «En nuestros experimentos observamos todo tipo de formas», dice Bomblies. «Estos tubos polínicos podrían estar torcidos, ramificados, cortos e incluso estallar, pero ninguno de ellos llegó a su destino». Esto significa que los gametos masculinos, que se encuentran en la punta del tubo polínico, no pueden fusionarse con los óvulos de la planta.
Bomblies y sus colegas investigaron este fenómeno en berros de arena. (Arabidopsis arenosa). En la naturaleza se encuentran dos tipos de esta flor silvestre: una con un juego doble (como nosotros) y otra con un juego cuádruple de cromosomas. Los berros tetraploides han logrado superar la desventaja de la duplicación del genoma y pueden establecerse en poblaciones independientes.
En estudios anteriores de poblaciones tetraploides de berros y arena, los investigadores identificaron genes asociados con la fertilidad de la planta para los cuales se habían desarrollado nuevas variantes en los tetraploides. Ahora, en este estudio, trabajaron a partir de estos genes para descubrir qué rasgos producen. Esto contrasta con el enfoque más común en genética evolutiva, donde los investigadores comienzan con un rasgo (fenotipo) e intentan identificar los genes que lo causan.
La búsqueda genética inversa mostró a los investigadores de ETH que los dos genes controlan el crecimiento del tubo polínico. Es más, en poblaciones tetraploides establecidas de berros, los genes en cuestión suelen ser ligeramente diferentes a las versiones encontradas en individuos diploides. «En otras palabras, la evolución ha encontrado una manera de variar mínimamente los dos genes de tal manera que los individuos tetraploides sean fértiles», dice Bomblies.
Los beneficios del fitomejoramiento aún no están claros
Los científicos aún no han descubierto todos los secretos sobre la infertilidad de los poliploides recién formados. «Actualmente estamos investigando otros genes candidatos que también están involucrados en el crecimiento del tubo polínico», dice Bomblies.
Aún no se ha investigado si los nuevos hallazgos se pueden aplicar al fitomejoramiento. Sin embargo, los dos genes están «altamente conservados». Esto significa que se han conservado a lo largo de la historia evolutiva de un organismo y se pueden encontrar en diferentes especies.
Por lo tanto, Bomblies cree que sería posible transferir los dos genes del berro a otras especies. Actualmente está trabajando en esto con su grupo: los investigadores están probando si pueden transferir ambos genes al berro thale. (Arabidopsis thaliana)), un pariente cercano del berro de arena. «Si logramos transferir la construcción genética a otra especie, se podrían abrir algunas posibilidades interesantes para el desarrollo de nuevos cultivos», afirma.