Células vegetales cambiantes con geometría y efectos en el crecimiento vegetal y la organización tisular
Para hacer que los cultivos más nutritivos y mejores crezcan en suelos en situaciones inferiores a las ideales y reducir la dependencia de fertilizantes inorgánicos y plaguicidas, es fundamental comprender cómo crecen las plantas. Las plantas están sujetas a una inmensa gama de presiones físicas, como la compactación del suelo o la exposición al viento, pero pueden adaptarse para tener un crecimiento óptimo. Solo es cuestión de saber cómo pueden inducir esta respuesta los productores y los agricultores.
Resultados de alto impacto
El citoplasma de una célula vegetal no es solo una masa gelatinosa, sino que tiene una forma mantenida por dos proteínas citoesqueléticas principales, la actina y los microtúbulos (MT). A pesar de que ayudan a la célula a mantener su forma, el citoesqueleto es extremadamente dinámico. «El objetivo principal del proyecto PlantCellMech era desarrollar un método experimental para controlar la forma de las células vegetales individuales y medir la contribución de la geometría celular en la determinación de la organización citoesquelética», destaca Pauline Durand-Smet, beneficiaria de una beca de investigación Marie Skłodowska-Curie. Durand-Smet utilizó la microlitografía para fabricar un conjunto de moldes de silicona diminutos con formas circular, cuadrangular, rectangular y triangular para constreñir células vegetales sin pared (protoplastos) en geometrías definidas. Cada molde se utilizó para hacer una lámina de agar con unos micropocillos de tamaño preciso, cada uno con un protoplasto vegetal individual. Gracias a la modelización tridimensional (3D), los investigadores revelaron que basta con una regla de geometría para explicar la organización observada de los MT, controlando la alineación de la red de MT. También mostraron que la actina se organiza de manera similar a los MT en formas alargadas. La aplicación de fármacos que cambiaron la polimerización de las proteínas del citoesqueleto reveló que la organización de la actina en respuesta a la geometría depende de los MT pero no viceversa. Los experimentos con células con las proteínas cataninas alteradas también confirmaron que cortar proteínas es importante para una organización de los MT bien alineada en respuesta al cambio de forma.
Controlar las presiones experimentales
Según explica Durand-Smet: «La falta de control de la presión de turgencia (que surge de la diferencia entre las presiones osmóticas de dentro y fuera de las células) en los protoplastos hace que exploten. Por lo tanto, nos aseguramos de controlar la presión osmótica durante los estudios». Además, tuvieron que trabajar rápido, ya que, a las pocas horas, los protoplastos comenzaban a regenerar una pared celular. Para el análisis de la modelización de la forma celular también fue necesaria la identificación exacta de los filamentos de actina y los MT durante los cambios de forma. Los investigadores de PlantCellMech utilizaron marcadores fluorescentes para las distintas proteínas y observaron las proteínas citoesqueléticas en los protoplastos mediante microscopía de alta resolución.
Conclusiones, aplicaciones añadidas y el futuro
Modelar la forma de protoplastos en pocillos pequeños en el laboratorio puede parecer estar muy lejos de las aplicaciones comerciales. Sin embargo, las plantas proporcionan los materiales de partida para la creación de ropa, papel, muebles y combustible. Durand-Smet señala: «Ser capaces de controlar la forma de las células vegetales y, por lo tanto, los patrones de crecimiento y el rendimiento tiene importancia económica». Durand-Smet considera que este trabajo es un primer paso hacia la evaluación cuantitativa de cómo la geometría celular contribuye al control de la organización citoesquelética en las células vegetales vivas. «Esperamos que el método de PlantCellMech pueda seguir desarrollándose para estudiar cómo afecta la geometría a la orientación de la división celular o la polaridad celular», concluye. Sus planes de futuro incluyen rastrear cómo se reajusta el citoesqueleto durante la transición de la forma celular y medir el impacto de una fuerza cuantificable aplicada a una célula. El artículo en el que se describe el trabajo, «La organización citoesquelética en células vegetales aisladas bajo control geométrico», ha sido publicado en «bioRxiv».
Palabras clave
PlantCellMech, forma, geometría, protoplasto, citoesquelético, actina, célula vegetal individual, presión osmótica, crecimiento vegetal, microtúbulo
