Descubren un nuevo órgano en la planta más estudiada del mundo

Después de estudiar a la Arabidopsis thaliana durante una década, un biólogo ha concluido que una de las estructuras de la planta no es una simple ramificación, sino un órgano nunca antes descrito.

Publicado 17 de junio de 2021 14:34 GMT-3
Cantilever plant

Un grupo de investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania descubrió el “cantil”, una parte que se extiende horizontalmente desde el tallo de una Arabidopsis thaliana. La estructura se asemeja a un voladizo (cantilever en inglés), y sirve para sostener otro tallo que conduce a la flor. En esta imagen, pueden observarse un cantil grande y dos cantiles más pequeños.

Fotografía de Timothy Gookin, Pennsylvania State University

El entramado de la vida es increíblemente complejo. Para tratar de comprenderlo, los investigadores llevan décadas examinando los denominados organismos modelo: seres vivos que son fáciles de estudiar en el laboratorio y que comparten rasgos fundamentales con muchas otras formas de vida. Este grupo modelo está compuesto, entre otros, por el ratón de laboratorio, la mosca de la fruta y una hierba simple llamada Arabidopsis thaliana.

Los organismos modelo son una de las formas de vida más estudiadas del mundo y de las cuales más datos se conocen. Por eso, los científicos quedaron desconcertados al enterarse de que, tras una década de trabajo, un tenaz biólogo de plantas descubrió un órgano nuevo en la Arabidopsis thaliana, que, paradójicamente se escondía a simple vista.

El órgano recientemente identificado y descrito en la revista Development es una estructura horizontal que se desprende del tallo principal de la Arabidopsis y actúa como soporte del pedicelo, el pequeño tallo que conduce a la base de una flor. Este brazo se asemeja al soporte estructural conocido como viga voladiza (cantilever en inglés), por lo que los investigadores lo han denominado "cantiles".

"¡Todavía hay cosas por descubrir!", expresa el autor principal del estudio, Timothy Gookin, ex investigador postdoctoral en la Universidad Estatal de Pensilvania.

Un apéndice sorprendente

La Arabidopsis thaliana, una pequeña planta con flores, proviene de Europa y Asia. Se sabe que esta hierba ha sido estudiada durante milenios, tanto en sus hábitats a lo largo de la Ruta de la Seda, así como en tierras de cultivo romanas menos populares. La planta se describió científicamente en la década de 1570 y los científicos comenzaron a secuenciar su genoma en la década de 1990. Debido a que tiene un genoma pequeño y es fácil de cultivar, los biólogos de plantas la han utilizado durante décadas para estudiar los secretos celulares de toda la vida vegetal.

Para 2015, los científicos habían escrito más de 54.000 artículos sobre la Arabidopsis y, desde entonces, se han publicado unos 4.000 más cada año. Actualmente, el ADN de la planta se conoce a tal punto que los investigadores pueden comprar en línea cepas mutantes específicas de la especie. Entonces, ¿cómo es que ignoraron la existencia de este órgano durante tanto tiempo?

En parte, porque los “cantiles” son muy particulares. En la Arabidopsis, los pedicelos normalmente brotan directamente del tallo, y no hay cantiles de por medio. Los cantiles se forman solo cuando las plantas se desarrollan en una temporada de “primavera” extendida, donde las plantas reciben solo de ocho a 10 horas de luz solar por día, en contraste con las 12 o más a las que se exponen en verano.

Además, estas estructuras se forman solo cerca de una zona específica en el tallo: entre el punto donde crecen las hojas en el tallo inferior y el extremo superior donde nacen las flores. A modo de comparación, hallar este órgano es como descubrir un órgano completamente nuevo en un ratón o mosca de la fruta que se desarrolla solo en ciertas condiciones cuando los animales llegan a la pubertad.

“Creo que cuando la gente se entere de este descubrimiento dirá, ¡Oh, sí, una vez vi uno, pero no sabía lo que era!", expresa Dominique Bergmann, bióloga de plantas de la Universidad de Stanford en California, que no participó en el estudio.

El origen del “cantil”

Gookin advirtió la presencia de cantiles por primera vez en 2008 cuando trabajaba en el laboratorio de Sarah Assmann, bióloga de plantas de la Universidad Estatal de Pensilvania. Por su parte, Gookin, investigador postdoctoral, estudiaba la genética del envejecimiento de las hojas utilizando mutantes de la Arabidopsis que se marchitaban al disponer de menos horas de luz para su desarrollo.

Durante estos experimentos, notó algo llamativo: en algunas de sus plantas, se desprendían de los tallos unos brazos horizontales de varios milímetros. Gookin no profundizó en el asunto, creyendo que se trataba simplemente de una anomalía causada por mutaciones en las plantas de laboratorio.

Pero a medida que avanzaba su investigación, Gookin se topaba con este rasgo una y otra vez, incluso en algunas cepas salvajes de Arabidopsis que no habían sido manipuladas en laboratorioEntonces, se aseguró de que no hubiera fuentes de contaminación, e incluso cultivó plantas en diferentes laboratorios para descartar que las estructuras hubiesen sido producto de ciertas partículas en el aire durante su primer ensayo en el laboratorio.

Las estructuras volvían a aparecer. Y así fue que pudo confirmar que los cantiles no eran casuales, sino una parte de la biología de la Arabidopsis que nadie había descrito antes.

Durante años, Gookin trabajó incansablemente para averiguar cómo surgían genéticamente los cantiles. Todavía no tiene una respuesta definitiva, pero sí puede mencionar tres datos clave. Por un lado, un gen llamado FLOWERING LOCUS T, que juega un papel fundamental en la formación de las flores, impulsa el desarrollo de cantiles. En segundo lugar, la supresión de proteínas G, implicadas en la recepción de señales externas, puede aumentar las probabilidades de que se formen cantiles.

Finalmente, Gookin descubrió la existencia de un gen vegetal clave llamado ERECTA, que actúa como un interruptor maestro para la formación de estas estructuras. Si el gen ERECTA se desactiva, no se forman cantiles, independientemente del comportamiento de los otros genes.

La función que cumple ERECTA en la formación (o no formación) de los cantiles explica, en parte, que las estructuras no se hayan descubierto antes. Las Arabidopsis con genes ERECTA defectuosos responden muy bien en el laboratorio, crecen fuertes y firmes y no necesitan de soportes adicionales, lo que explica la denominación del gen (ERECTA). Estas variantes robustas constituyen los pilares de la investigación de la Arabidopsis, y explica, entonces, que muchos científicos, venían trabajando con plantas que no tenían posibilidades de desarrollar cantiles.

¿Por qué desarrollan cantiles?

El hallazgo subraya la flexibilidad de la flora en su desarrollo evolutivo. Como las plantas no pueden levantarse y trasladarse a un nuevo entorno, deben desarrollar nuevos órganos constantemente, y a medida que lo hacen, van modificando su estructura.

“Cuando naciste, ya tenías tus dos brazos”, dice Bergmann. "Pero en las plantas es diferente, los van gestando a medida que los necesitan”. Este tipo de flexibilidad (y caos bioquímico) llega a su apogeo cuando las plantas se preparan para florecer, y los cantiles de la Arabidopsis solo se forman durante este periodo.

Por ahora, no está claro si los cantiles contribuyen a la supervivencia de la planta o si estas prolongaciones son un efecto secundario inocuo de otros cambios en el interior del organismo. Las estructuras pueden ser vestigiales, lo que significa que son restos evolutivos de un antepasado antiguo en el linaje de la planta, que ya no tienen una función práctica.

El biólogo de la Universidad de Toronto, Nicholas Provart, que no participó en el estudio, sospecha que los cantiles no confieren ningún beneficio significativo a la Arabidopsis, ya que el órgano aparece solo en condiciones especiales. Pero, aunque no pueda determinarse una función concreta, Provart no deja de sorprenderse por el trabajo incansable que realizó Gookin para estudiar la estructura, y que finalmente lo llevó a descubrir un nuevo órgano en la planta más estudiada del mundo. “Es casi un acto de amor”, expresa.

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