¿Por qué las plantas se aparean de por vida y repelen a otros pretendientes?

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Un grupo de científicos de la Universidad de Nagoya utilizó una técnica microscópica especializada para observar el proceso de reproducción interna de la planta Arabidopsis. Sus hallazgos revelan el mecanismo detrás de una flor femenina que atrae selectivamente a una sola contraparte masculina. La información puede ayudar a optimizar la producción de semillas y las prácticas de mejoramiento agrícola.

“La técnica microscópica especializada revela la dinámica y señalización en la guía uno a uno del tubo polínico. Crédito de la imagen: Issey Takahashi”)

Las angiospermas, comúnmente conocidas como plantas con flores, tienen órganos reproductores masculinos y femeninos. En el proceso de reproducción de las plantas, cuando un grano de polen que transporta gametos masculinos aterriza en el estigma de otra flor, inicia la formación de un tubo polínico. El tubo se extiende a través del estilo y dentro del ovario, lo que permite que los espermatozoides lleguen al óvulo y a las células centrales del óvulo para la fertilización.

Para comprender mejor este proceso, los investigadores crearon una técnica microscópica única utilizando un microscopio de dos fotones. Según la autora principal, Yoko Mizuta, el esfuerzo de tres años fue como un viaje. “Implicaba técnicas delicadas de manipulación de muestras y optimización de condiciones, como longitudes de onda de excitación, para lograr imágenes profundas de las flores”.

Utilizando esta técnica, el equipo pudo observar, por primera vez, el alargamiento de múltiples tubos polínicos dentro de un pistilo vivo y su atracción única hacia el tejido femenino. Esto les permitió identificar una señal emitida por el tejido materno que atrae los tubos polínicos haciéndolos alargarse a lo largo del tejido del estambre y llegar al sitio de fertilización. Esta es la señal que permite la gestión precisa de la guía de cada grano de polen por el tubo polínico.

Es un proceso crítico en la reproducción de plantas que implica la precisa navegación de los tubos polínicos hasta los óvulos individuales. Este mecanismo asegura la fertilización exitosa de las angiospermas al facilitar el acoplamiento específico entre los óvulos y los tubos polínicos individuales.

Además de la señal que promueve la atracción entre individuos, Mizuta y sus colegas también se sorprendieron al encontrar una señal de repulsión. Esta señal se emitía al atraer un tubo polínico, desalentando la atracción adicional de tubos polínicos adicionales. Además del proceso de bloqueo de 45 minutos que impide que varios espermatozoides fertilicen el mismo óvulo, una señal de repulsión también dirige a los pretendientes rechazados hacia otros óvulos que no se habían apareado.

“El sistema de repulsión me parece fascinante. Las células que generan el sistema de atracción son en su mayoría células sinérgicas, mientras que las células que generan el sistema de repulsión incluyen múltiples tipos, como células somáticas y gametofíticas en niveles de múltiples pasos. Me parece muy interesante que todos los acoplamientos impliquen este mecanismo de atracción y repulsión”, señaló Mizuta.

Un análisis más detallado mostró la complejidad del proceso de guía uno a uno del tubo polínico, revelando un intrincado mecanismo regulador que requiere la participación de varias células tanto en las plantas masculinas como en las femeninas. Esta regulación precisa garantiza una fertilización exitosa y una producción eficiente de semillas, particularmente en condiciones ambientales desafiantes.

Mizuta enfatizó la importancia de este mecanismo para maximizar la producción de semillas. “Al orquestar con precisión el comportamiento de los tubos polínicos, las plantas han desarrollado un mecanismo para asegurar una fertilización exitosa y una producción eficiente de semillas con un número limitado de pretendientes”, comentó.

La investigación proporciona información valiosa sobre cómo se reproducen las plantas y tiene el potencial de beneficiar el mejoramiento agrícola al aumentar la producción de semillas y mejorar las tasas de germinación.

Sobre Yoko Mizuta
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Yoko Mizuta es una investigadora japonesa y profesora del Instituto de Estudios Avanzados y del Instituto de Biomoléculas Transformativas (ITbM) de la Universidad de Nagoya. Es conocida por su trabajo en el campo de la biología vegetal, particularmente en el área de imágenes de plantas y regulación genética.

Mizuta nació en Japón y creció en un entorno poblado de plantas, lo que despertó su interés por el campo de la biología vegetal. Recibió su doctorado en Ciencias de la Vida de la Universidad de Estudios Avanzados en 2010. Después de completar su doctorado, trabajó como investigadora en el Instituto Nacional de Genética de la Universidad de Nagoya, donde desarrolló su experiencia en imágenes de plantas y regulación genética. Está particularmente interesada en el papel de las hormonas vegetales en la regulación del crecimiento y desarrollo de las plantas.

Agradecemos a Matthew Coslett, por el artículo escrito para la Oficina de Prensa de la Universidad Internacional de Nagoya.

El artículo fue publicado por EMBO Reports. Los autores de la investigación son: Yoko Mizuta, Daigo Sakakibara, Shiori Nagahara, Ikuma Kaneshiro, Takuya T Nagae, Daisuke Kurihara y Tetsuya Higashiyama