Descubrir la influencia de la temperatura en la producción de semillas
La temperatura tiene una función esencial en la conformación del entorno local de las plantas, y la planta original o las propias semillas pueden detectar dicha información sobre el calor. Se piensa que la temperatura influye en gran medida en distintos rasgos, como el reposo vegetativo de las semillas, una característica que da lugar a que las semillas no germinen a pesar de contar con las condiciones ideales. La temperatura puede, por tanto, conformar el progreso de una semilla. No obstante, no se conoce el método exacto por el que las plantas integran información sobre la temperatura. El proyecto financiado con fondos europeos MATHCOV se ha dedicado a esta tarea. «Los objetivos fundamentales de este proyecto fueron descubrir cómo afecta el historial de la temperatura a la calidad de las semillas vegetales y, en concreto, a la eficacia en la germinación de los plantones. La semilla en desarrollo es un conjunto complejo de tejidos distintos y queríamos saber cuáles eran los más importantes del proceso», afirma Steve Penfield, director del grupo Penfield en el Centro John Innes.
Objetivo: el endospermo
Las investigaciones previas del grupo mostraron que el endospermo es una zona fundamental en la percepción de la temperatura. Este es el tejido que rodea al embrión generado por doble fecundación en la mayoría de las angiospermas, incluidas el género «Brassica», que cuenta con cultivos valiosos para la nutrición humana. «El endospermo desempeña muchas funciones, que incluyen determinar el tamaño de la semilla y la alimentación del embrión, pero también se comunica con otros tejidos seminales a través del transporte hormonal», explica Penfield, coordinador del proyecto MATHCOV. En MATHCOV se investigó cómo la temperatura durante la producción de semillas controla tanto la germinación como el vigor del crecimiento, así como la función desempeñada por el endospermo en el proceso. El equipo utilizó transcriptómica de series temporales, un proceso para estudiar todas las moléculas de ARN mensajero en el endospermo, lo cual permite mostrar qué genes se activan en un tejido en cada momento. «Empleamos análisis transcriptómicos de series temporales durante el desarrollo de la semilla para comprender la respuesta del endosperma a cambios en la temperatura que influyen en el vigor de la semilla tras su germinación», apunta Penfield. Esta información se traspasa a una «red génica», es decir, una representación matemática de todos los genes activos que puede analizarse para mostrar similitudes y diferencias en los patrones de actividad en una línea temporal. «De esta manera es posible identificar genes que reaccionan a cambios tempranos y tardíos de la temperatura y a genes "hub", que son los principales reguladores de la germinación de las semillas según nuestra investigación», añade Penfield. Como último paso, los investigadores estudiaron los cambios en la expresión génica, o el proceso mediante el que la información de un gen se utiliza para crear proteínas. «El estudio de este perfil epigenético puede transmitir información sobre cómo se producen los cambios relacionados con la temperatura en la expresión génica y cómo siguen influyendo en el rendimiento de las semillas tras su germinación mucho después de que desaparezca la señal térmica original», explica Penfield.
Resultados seminales
El equipo encontró varios genes fundamentales involucrados en las diferencias provocadas por la temperatura. «Estos genes están implicados en el metabolismo del ácido abscísico, el cual tiene funciones importantes en lo relativo al control de la germinación», menciona Penfield. Los corpus complejos producidos durante el proyecto serán de utilidad a los científicos y las empresas dedicados a las semillas al ofrecer formas de aumentar el rendimiento y la fiabilidad de las semillas. «Esto es cada vez más importante, ya que se está automatizando la producción de semillas, por ejemplo para la siembra de hortalizas en exteriores y la agricultura en vertical en interiores», concluye Penfield.
Palabras clave
MATHCOV, semilla, germinación, temperatura, genes, expresión, vigor, crecimiento