17 de Mayo de 2012.
Un nuevo descubrimiento sobre cómo los iconos de la naturaleza del romance gestionan la distribución de los espermatozoides entre los gametos femeninos con precisión industrial ayuda a explicar por qué las bellezas delicadas se han reproducido prolíficamente lo suficiente para dominar la tierra.
En la polinización, cientos de granos de polen portadores de espermatozoides se adhieren a el estigma en suspensión en el medio de una flor y crece rápidamente en la parte inferior del tubo de un eje largo llamado estilo alrededor de grupos de óvulos, que contienen dos células sexuales femeninas. Esto podría ser un frenesí caótico, pero para que la planta tenga éxito, exactamente dos espermatozoides fértiles deben llegar a las dos células en cada óvulo - ni más, ni menos. Ningun óvulo debe dejarse de lado, ya sea porque muchos tubos han ido a otra parte, o porque el esperma entregado no funciona.
En la revista Current Biology, biólogos de la Universidad de Brown informan que las flores han desarrollado un sistema de protección elegante para asegurar que sólo el número mínimo necesario de tubos polínicos alcanzarán cada óvulo.
"Hay un mecanismo que evita que tubos polínicos demasiados entreguen esperma", demasiado dijo Mark Johnson, profesor asociado de biología en Brown y autor principal de un nuevo artículo que detalla el descubrimiento. "Pero lo bueno es que hay también otras maneras de salvar la fecundación si el primer padre es inútil".
Se a encontrado que en esencia, éxito de la fusión del espermatozoide y los gametos femeninos inmediatamente termina la señalización que atrae a tubos polínicos al óvulo.
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| Flores asegurandose de que la fusión de gametos se ha realizado correctamente antes de que otro polen sea repelido. Esto permite que el proceso de fertilización continúe si el primer grano de polen resulta haber sido inútil. Crédito: Mike Cohea / Universidad Brown. |
"Los modelos anteriores habían dicho que el acceso del tubo polínico era suficiente, que una vez que se entraba a un tubo polínico otros serían rechazados", dijo Beale. "Pero hemos demostrado que es el proceso de fusión de gametos."
Johnson agregó: "Hasta que la fusión ha ocurrido, no hay garantía de que tendrá éxito la formación de semillas."
Un misterio resuelto con mutantes.
Aunque los científicos han estudiado la reproducción de las plantas durante siglos, las herramientas para hacer la búsqueda Beale, sólo han estado disponibles en los últimos años, dijo Johnson. Armado con estas nuevas capacidades, el equipo, incluido el segundo autor Alexander Leydon, realizó una serie de experimentos en plantas de Arabidopsis, una planta modelo para la investigación.
La herramienta más importante fue un polen mutante que el equipo había descubierto llamado hap2. El mutante crece en un tubo polínico de un óvulo y rompe para liberar esperma", un curso normal de los acontecimientos. Pero el esperma hap2 no puede fusionarse con los gametos femeninos. Es una calamidad conveniente. El equipo también empleó nuevas técnicas que permiten a los tubos polínicos y a los espermatozoides que lleven una fluorescencia de color verde o rojo. De esta manera se pudo ver como tubos diferentes interactuaban con los óvulos.
En su primer experimento, el equipo envió en espermatozoides sanos, la mitad de los cuales fueron transportados por tubos de etiqueta roja y la mitad de ellos marcados con tubos verdes. Con nada más que esperma saludable en la mezcla, sólo el 1 por ciento de los óvulos terminó con tubos polínicos múltiples (un fenómeno que Beale, llama "polytubey"). Los óvulos podrían bloquear a los polytubey en la gran mayoría de los casos.
A continuación, el equipo liberó una muestra de esperma en la que uno de cada cuatro eran inútiles. El polytubey se multiplico por diez. Un óvulo desafortunado terminó atrayendo a cuatro tubos, lo que indica que a los polytubey se permite hasta la llegada de un espermatozoide fértil.
En otro experimento con el esperma mutante etiquetado de color rojo y normal, o "tipo salvaje" tubos polínicos etiquetados de verde, los investigadores vieron a los polytubey sólo donde había un resplandor rojo bajo el microscopio.
"No observamos óvulos que fueran dirigidos por dos tubos que transportaran polínicos de tipo salvaje", esperma escribieron los autores en la revista. "Los primeros óvulos dirigidos por espermatozoides defectuosos pueden atraer tubos polínicos adicionales polínicos, pero cuando de tipo salvaje", esperma son atraídos, los tubos polínicos posteriores se bloquean."
En el papel el equipo también demostró que una de dos células responsables de la atracción de tubos polínicos se mantendrá en el óvulo hasta que se produce la fusión de gametos. Mientras que el equipo no identificó la molécula de señalización exacta responsable del bloqueo de la fusión de gametos de los polytubey después, Johnson dijo que el estudio es una ayuda a los científicos para determinar que esa molécula de señalización debe ser similar. Él dijo que debe ser de acción rápida y potente.
Johnson dijo que la investigación eventualmente puede tener aplicaciones en la agricultura, ya sea debido a que podría ayudar a la fertilización cuando se ve obstaculizada, por ejemplo, por las malas condiciones ambientales, o para el mejoramiento comercial de maíz. Las empresas de semillas crear híbridos mediante la fertilización de maíz con la mano con el polen recolectado, y para ello necesitan variedades en las que se puede controlar la fertilidad masculina.
El sistema propio de la naturaleza, sin embargo, parece garantizar que prácticamente cada óvulo tendrá exactamente la cantidad adecuada de espermatozoides sanos. Mediante el empleo y el entendimiento de este nuevo mecanismo, por lo tanto las flores se convertiran en madres más prolíficas de lo que puedan ser.
Fuente: Current Biology, Brown University.
