Morfogénesis de la Hoja

Los patrones de desarrollo porSeñales mecánicas en Arabidopsis

Los genes controlan indirectamente la geometría de los tejidos, afectando a las propiedades químicas y mecánicas de las células individuales. Aunque, a la inversa, las propiedades de los tejidos pueden afectar a la actividad de los genes. Por ello, se requiere descifrar la relación entre genes y formas.

Modelización de las presiones mecánicas en la epidermis del meristemo

tras ablación de una célula

Las diferentes velocidades de crecimiento de las células en el meristemo crean en su conjunto campos de fuerzas en los tejidos, resultado de las presiones mecánicas que ejercen las células entre sí. Gracias a modelos informáticos validados por numerosos dispositivos experimentales, los investigadores han demostrado que los microtúbulos, principales constituyentes del citoesqueleto, se orientan de forma paralela a la dirección de las fuerzas. Las células reaccionan de esta manera al estrés mecánico. No obstante, se acepta generalmente que los microtúbulos controlan el depósito orientado de las fibrillas de celulosa de la pared celular, con lo que confieren a las células a la vez su rigidez y un eje de crecimiento preferencial.  Así, mediante la organización de los microtúbulos en cada célula individual, los tejidos pueden cambiar de forma, plegarse y adoptar formas características en el meristemo de Arabidopsis. Recíprocamente, las formas en crecimiento generan las presiones mecánicas que controlan la organización de los microtúbulos. 

Desde una perspectiva más general, y de biología del desarrollo, ya no consideran el desarrollo embrionario como un proceso bajo el control estricto de la genética, sino más bien como un proceso de varios niveles que interactúan entre sí. Así, el equipo ha demostrado que la morfogénesis del meristemo es un fenómeno emergente resultante del comportamiento individual de las células frente al estrés mecánico. Sin embargo, este mecanismo no es el único que actúa en la morfogénesis de las plantas. Funciona en paralelo a las cadenas de reacciones inducidas por la auxina, una hormona fundamental en la formación de los órganos de las plantas. Con estos descubrimientos se ha abierto un nuevo campo de investigación para los investigadores: el de comprender cómo se coordinan estos dos mecanismos para formar estructuras y tejidos perfectamente diferenciados

La reciente irrupción de modelos dinámicos en el campo de la biología vegetal permite ahora estudiar fenómenos complejos que se producen durante la morfogénesis. Los tejidos vegetales virtuales realizados para llevar a buen puerto esta investigación podrían, en el futuro, hacer más realistas los modelos de planta que usan los agrónomos.

(1) Desarrollo de las formas de un organismo durante su desarrollo.

(2) Conjunto de polímeros proteicos que confieren a la célula sus propiedades mecánicas. Se dividen en tres categorías: filamentos intermediarios, filamentos de actina y microtúbulos.

(3) El meristemo es la zona a partir de la cual crece la planta.  Está constituido por células tronco capaces de dividirse y de él surgen todos los órganos de la planta (flores, hojas, frutos, etc.).

La planta modelo Arabidopsis, fundamental para la investigación

En los años ochenta, la comunidad científica internacional decidió concentrar sus esfuerzos en Arabidopsis thaliana, una planta que posee un pequeño genoma y que presenta numerosas ventajas ligadas a la facilidad de su cultivo en laboratorios, su rapidez de desarrollo y su prolificidad. El INRA ha contribuido al desarrollo de los conocimientos sobre esta planta al constituir una importante colección de mutantes de Arabidopsis en el centro de Versalles, gracias a la introducción de un método original que ya se emplea en todo el mundo. 

En la actualidad ya se ha completado la secuenciación del genoma de Arabidopsis: la mayoría de los genes han sido identificados y localizados, y la investigación continúa para determinar las funciones de cada uno de ellos. El estudio de Arabidopsis ha permitido avanzar considerablemente en la adquisición de conocimientos acerca de las plantas y ha abierto nuevas perspectivas de investigación y de aplicaciones agronómicas. En los últimos años, los investigadores han alcanzado varios logros. 

Así, han contribuido a descifrar funciones esenciales como los mecanismos de regulación epigenética de la expresión de los genes, el papel desempeñado por las hormonas vegetales, el proceso de la meiosis, la síntesis de la celulosa en las paredes celulares, la regulación de la forma de las plantas y el desarrollo de los órganos: hojas, raíces, flores o semillas.

Por otra parte, han explicado la regulación de vías metabólicas como las del azufre, los flavonoides o el aceite de semillas, y han sacado a la luz los mecanismos de resistencia de las plantas a la sal.Los investigadores también han descubierto una serie de mecanismos de lucha contra las enfermedades: resistencia a la sharka (enfermedad viral), infección de las plantas por Salmonella o sensibilidad de aquéllas a las picaduras de los pulgones.

Arabidopsis thaliana, modelo, fundamental para la investigación