EL PISTILO LLEVA AL POLEN A UNA DANZA DE VIDA O MUERTE.

20 de Junio de 2013.

Por: David Orenstein.

La polinización, esencial para gran parte de la vida en la tierra, requiere de la muerte explosiva del tubo polínico masculino en el óvulo femenino. En la nueva investigación, los científicos de la Universidad Brown describen los factores genéticos y reguladores que obligan la función del factor masculino en el proceso. Encontrar una manera de ajustarlo al rendimiento de los cultivos podría aumentar las posibilidades de cruzamiento.

Un portal para las comunicaciones celulares. Las comunicaciones de ida y vuelta dentro del sistema reproductivo de las flores es "un muy buen sistema para entender cómo se establece y es leído por otra célula de identico contenido celular." Crédito: Mike Cohea / Universidad Brown.

Millones de veces en un día de primavera hay un tango biomolecular dramático donde la flor, en lugar de adornar los dientes de un bailarín, es el intérprete. En este baile, el pistilo femenino guía, los tubos polínicos masculinos le sigue, y al final, los tubos explotan y mueren. Un nuevo artículo en la revista Current Biology describe los pasos de baile prescritos genéticamente del tubo polínico y cómo su destino de expresión del tubo es el auto sacrificio, lo que permite a las plantas con flores reproducirse.
La biología de escuela secundaria se deja por fuera con esto: En la polinización normal, los espermatozoides portadores de los granos de polen encajan en la punta del pistilo, o estigma, y crecen abajo en los tubos del estilo para llegar a los ovarios en los óvulos en la base del pistilo. Una vez que llegan a su destino los tubos, se abren de golpe y liberan su esperma para fertilizar cada uno de los dos ovarios en cada óvulo.

En su laboratorio en la Universidad de Brown, Mark Johnson, profesor asociado de biología, estudia la verdadera complejidad de las comunicaciones intracelulares que llevan a cabo este proceso con una precisión exquisita.

Entre las preguntas fundamentales de la biología en el juego en la vida sexual de las flores, por ejemplo, son cómo las células se reconocen mutuamente, saben qué hacer, y como saber cuándo hacerlo. El año pasado, por ejemplo, Johnson y su grupo de investigación mostró cómo, por los cientos de tubos de polen que crecen a través del pistilo, cada óvulo recibe exactamente dos espermatozoides fértiles.

"A medida que profundizamos en los detalles, es un gran sistema para entender cómo se establece y es leído por otra célula de identidad celular", dijo Johnson. "Los movimientos de la danza entre el polen y el pistilo son de ida y vuelta [de las señales] como el tubo polínico crece. Es todo un sistema dinámico que ocurre en el transcurso de unas pocas horas ".

Hacer que el factor masculino escuche.

En el nuevo estudio, el grupo de Johnson, trató de descubrir lo que convence a los tubos de polen masculino para dejar de crecer y explotar cuando llegan al óvulo. Los científicos han comenzado a entender los comandos de la hembra, pero no la capacidad del factor masculino para escuchar.

Listo. Apunta, ... objetivo, ... objetivo, ... objetivo, ...
El polen sin un gen que codifica una proteína llamada tionina no pueden "escuchar" el mandato del pistilo de explotar cuando sus tubos polínicos lleguen al óvulo. Ellos sólo siguen creciendo, enrollándose en el interior del óvulo (arriba), y la fertilización no se produce. Crédito: Johnson lab / Brown University.

Lo que sabían a partir de un estudio anterior es que la expresión de genes en los tubos de polen que se habían desarrollado a través del pistilo fue muy diferente que el de los tubos de polen cultivadas en el laboratorio. El primer paso, por lo tanto, era ver que los reguladores de la expresión genética, o los factores de transcripción, actuaran en los tubos de polen que crecen en el pistilo, pero no en las cultivadas en laboratorio. En primer lugar se encontraron con una llamada MYB120 y mediante el análisis genómico encontraron dos estrechos colaboradores: MYB101 y MYB97.
Él etiquetó estos con proteínas fluorescentes y se encontró bajo el microscopio que estos factores de transcripción acumulan en los núcleos de los tubos polínicos a medida que crecían en el pistilo.

Después de haberlos colocado en el lugar, se decidió ir a ver lo que sucede cuando no lo están. Se cultivó algunas plantas de Arabidopsis normales, algunas en los que una mutación desactivada sólo uno de los factores de transcripción, y otros en los que fueron inhabilitados los genes para los tres factores de transcripción. Y tomando el polen de cada uno para polinizar las flores normales. Los tubos polínicos de las tres plantas marcadoras llegaron a los óvulos, pero en el 70 por ciento de los óvulos se encontraron los triples mutantes, los tubos polínicos no dejaron de crecer y estallaron. En su lugar, se mantuvieron en crecimiento, enrrollandose y permaneciendo intactos.

"El tubo polínico llega al lugar adecuado, que uno pensaría que es la parte más difícil", dijo Johnson. "Pero una vez que llegan allí son incapaces de escuchar el mensaje del factor femenino de dejar de crecer y estallar."

Desde allí, el equipo buscó cuales genes se expresaron en el tubo polínico estaban regulados por los factores de transcripción MYB. En los tubos de polen que habían crecido a través de los pistilos, se encontraron 11 que fueron groseramente faltos de expresión en los tubos polínicos mutados, en comparación con los normales.

Finalmente, vieron lo que hacen esos genes. Ellos codifican una variedad de tareas, pero una en particular llamó la atención de ellos ya que es responsable de la secreción de una proteína llamada tionina.

"Por la tionina, estaba especialmente emocionado porque ha sido descrita como capaz de explotar esencialmente otras células abiertas", dijo. "Eso sería algo que sería capaz de unirse a una forma de membrana y causar un poro".

En otras palabras, la expresión ese gen podría estar empujando mecanismo de autodestrucción del tubo de polen.

"Esto no es sólo un diálogo, sino un diálogo que termina en la muerte", dijo. "Es una situación de muerte celular muy bien controlado."

¿Aplicaciones en agricultura?.

En un trabajo futuro, Johnson dijo, incluirá rastrear los genes relevantes más detalladamente y determinar si la tionina es de hecho el destructor del tubo polínico que los genes y su expresión relacionada con los MYB parecen indicar.

El trabajo también puede tener implicaciones más allá de la ciencia básica, dijo Johnson.

Agrónomos a veces tratan con especies mejoradas con cruces, como la cebada y el trigo, con la esperanza de crear nuevos cultivares. Eso se puede hacer si las diferentes especies están estrechamente relacionadas y comparten el mismo número de cromosomas, pero la fertilización a menudo falla en el paso de explosión y liberación del tubo polínico.

Entre las plantas de cultivo, la polinización, significa alimento.

"La comprensión de este proceso molecular de ida y vuelta en todos los diferentes niveles y etapas será útil para cualquier ingeniero del proceso o introducir diversidad genética que permita que el proceso reproductivo sea eficiente incluso en condiciones ambientales difíciles", dijo Johnson.

Fuente: Universidad de Brown.