Un grupo internacional de investigadores ha descubierto el mecanismo por el cual la célula que crece a partir del polen, llamada tubo de polen, crece hasta mil veces su tamaño para alcanzar los huevos de las flores. El crecimiento depende de la entrada y salida de protones, lo que genera una actividad eléctrica en la membrana celular que lo hace crecer. El descubrimiento abre el camino para comprender desde la producción de semillas en las plantas hasta el crecimiento de hongos y neuronas.
El trabajo, apoyado por FAPESP, fue publicado en Nature Communications por investigadores de Brasil, Dinamarca, Portugal y Estados Unidos.
“Un grano de polen está formado por una sola célula. Cuando entra en contacto con el órgano sexual femenino en la superficie de la flor, crece a un ritmo muy alto, formando lo que llamamos un tubo de polen, hasta que llega a la base del ovario de la flor y arroja los espermatozoides. Cómo sucedió eso era algo muy poco comprendido hasta entonces ”, explica Maria Teresa Portes , quien realizó la investigación durante sus estudios posdoctorales en la Universidad de Maryland, en los Estados Unidos.
El crecimiento del tubo de polen siempre ha intrigado a los investigadores debido a su tasa de crecimiento de hasta mil veces en relación con el tamaño original, el más grande registrado en los seres vivos. La especie utilizada en el estudio fue Arabidopsis thaliana , una herbácea nativa de Europa y Asia que se usa ampliamente como modelo experimental en la investigación. De la misma familia que la mostaza, su tubo de polen crece hasta tres milímetros por día.
En el laboratorio, los investigadores produjeron variedades mutantes de la planta, en las que se modifican algunos genes, y descubrieron que la inactivación de tres genes al mismo tiempo, en un grupo conocido como AHA, hace que el tubo de polen crezca muy poco.
En las plantas mutantes, solo se fertilizaron los huevos más cercanos a la superficie, lo que provocó que produjeran el equivalente de solo el 5% de las semillas que produce la planta normal.
Mediante una serie de experimentos, los investigadores observaron que las proteínas expresadas por estos genes funcionan como «bombas de protones», colocando o eliminando estas partículas eléctricas del ambiente y haciendo que el tubo de polen sea más o menos ácido. La consecuencia es la generación de una actividad eléctrica en la membrana celular, lo que hace que crezca hacia el fondo del ovario de la flor.
“Queríamos entender cómo la célula puede organizar este proceso de crecimiento. Luego observamos que hay un gradiente iónico, en el que la distribución de protones no es homogénea. Hay más de ellos al final del tubo y menos a lo largo del cuerpo celular. Además, hay gradientes de otros elementos, como el calcio y la actina ”, dice Daniel Santa Cruz Damineli , otro coautor del estudio, que está haciendo una pasantía postdoctoral en la Facultad de Medicina de la Universidad de São Paulo (FM-USP) con una subvención de FAPESP.
De semillas a neuronas
Entre las posibles aplicaciones, el estudio abre el camino para una comprensión más profunda de cómo se produce la producción de semillas. Con esto, en teoría, en el futuro se podrían crear variedades mejoradas de plantas que sirven como alimento, como las legumbres y los cereales.
“No se sabe por completo cómo se guía el tubo de polen y cómo se produce la comunicación entre hombres y mujeres en las plantas. Por lo tanto, este es un gran tema de estudio, que culmina en la producción de semillas. El desarrollo de las plantas necesariamente pasa por este mecanismo, que ahora estamos comenzando a entender mejor ”, dice Portes.
Sin embargo, en términos más generales, el descubrimiento proporciona evidencia para comprender otras células que tienen el llamado crecimiento apical (en la punta), como hongos y neuronas, que están comprometidas en las células cancerosas.
“Estos son fenómenos biológicamente mal entendidos, en el sentido de cómo ocurre la orquestación del crecimiento. Ahora podemos estudiarlos mejor «, dice Damineli.
El artículo La membrana plasmática H + -ATPasas sostiene el crecimiento del tubo de polen y la fertilización se puede leer en: www.nature.com/articles/s41467-020-16253-1 .
Este texto foi originalmente publicado por Agência FAPESP de acordo com a licença Creative Commons CC-BY-NC-ND. Leia o original aqui.