¿Cómo saben las plantas cuando florecer?

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Las fotos que están viendo corresponden a exactamente el mismo árbol, pero fueron tomadas en 4 épocas diferentes del año. ¿Cuál foto fue tomada en primavera? Pues es muy fácil, es la tercera foto de izquierda a derecha. ¿Cómo lo sabemos? Por las flores, ¿cierto? Ahora, vamos a la pregunta realmente interesante: ¿Cómo supo el árbol que era primavera y que debía florecer?

Si bien no todas las plantas florecen en primavera, muchas de ellas lo hacen. Este comportamiento ha sido seleccionado de manera evolutiva, ya que les permite a las plantas producir flores -y sus gametos, que se encuentran dentro de ellas- en una época del año que tiene un clima benigno y que no pondrá en peligro su éxito reproductivo. Si las flores fueran producidas en medio del invierno, las heladas podrían acabar con ellas y las plantas no podrían reproducirse. El descubrir cómo las plantas “saben” que llegó la primavera ha sido una de las travesías científicas más fascinantes de la biología vegetal.

 

El tabaco gigante y la noche larga

En 1906 los agricultores del tabaco de Maryland (USA) fueron bendecidos por la naturaleza con una variedad de tabaco nueva, que apareció de manera espontánea en sus campos y que los llenó de alegría (y dinero). Este tabaco fue bautizado como Maryland Mammoth y, como su nombre lo indica, era una planta enorme: crecía hasta casi cuatro metros, producía más de 100 hojas y era mucho más grande que las plantas de tabaco silvestre.

 

El tabaco de la izquierda es el
silvestre y el de la derecha es el
Maryland Mammoth. El sujeto que
está sobre los hombros del estudiante
es Richard Amasino, investigador de
la Universidad de Wisconsin.

Sin embargo, el tabaco Maryland Mammoth tenía un problema: no florecía en primavera -como lo hace el tabaco silvestre- y sólo producía unas pocas flores muy entrado el invierno; esas flores se dañaban con el frío y no producían semillas. El tabaco Maryland Mammoth era una mina de oro, pero como no se podía reproducir, los agricultores se sintieron muy decepcionados. Harry Allard y Wightman Garner, dos investigadores del Departamento de Agricultura de Estados Unidos (USDA), se interesaron en averiguar por qué el tabaco Maryland Mammoth se entretenía tanto haciendo hojas y se olvidaba de florecer, para hacerlo solo entrado el invierno. Mediante sencillos experimentos, Allard y Garner descubrieron que el tabaco Maryland Mammoth sí florecía cuando lo ponían en condiciones de luz similares a las del invierno. Estas investigaciones fueron el punto de partida para descubrir el comportamiento de las plantas con respecto a la cantidad (y calidad) de la luz y su efecto en la floración. Descubrieron 3 tipos de comportamiento: plantas que florecían cuando el día era largo y la noche corta (a las que llamaron plantas de día largo, como el tabaco silvestre), plantas que florecían cuando el día era corto y la noche larga (a las que llamaron plantas de día corto, como el tabacoMaryland Mammoth) y plantas a las que “les daba lo mismo” la duración del día (a las que llamaron plantas neutrales). Este comportamiento, relacionado con la cantidad de luz que las plantas reciben y su respuesta floral, fue llamado fotoperíodo y explica por qué algunas plantas florecen en primavera -cuando el día se hace más largo- y otras lo hacen en invierno, cuando los días son cortos.

 

El florígeno

Experimentos posteriores permitieron descubrir que eran las hojas de las plantas las encargadas de medir la duración del día y la noche. En efecto, si se toma una planta de día corto y se la pone en condiciones de día largo, esta obviamente no florecerá. Sin embargo, bastaba con someter a sólo una hoja de la planta a un régimen de día corto -usando un sobre de papel aluminio para cubrirla y acortar la duración del día sólo en esa hoja- para inducir la floración de la planta. Lo más increíble era que si se cortaba esa hoja inducida y se le injertaba a una planta no inducida, ésta florecía. Es más, esa misma hoja inducida de una planta de día corto, si era injertada en una planta de día largo no inducida, hacía que ésta floreciera. Es decir, existe una señal de naturaleza móvilestable y universal que hace florecer a las plantas. La señal, de naturaleza desconocida, fue bautizada comoflorígeno (u hormona floral) por el fisiólogo Ruso Mikhail Chailakhyan en 1936. La búsqueda del florígeno fue frenética pero infructuosa. Tuvieron que pasar más de 70 tortuosos años -incluyendo su descubrimiento y retracción del artículo respectivo por manipulación de datos- para que finalmente el año 2007 se descubriera que se trataba de una proteína pequeña, llamada FLOWERING LOCUS T (FT). La proteína FT se expresa exclusivamente en las hojas de las plantas en respuesta a la presencia de una proteína que se llama CONSTANS (CO). Se sabía que la expresión de CO respondía al fotoperíodo -entre otros factores- y que en las plantas de día largo sólo era posible encontrar esta proteína cuando las plantas estaban sometidas a condiciones de día largo y que desaparecía rápidamente en condiciones de día corto. De esta forma, el día largo induce la expresión de CO y a su vez esta proteína induce la expresión de FT, que se mueve por el sistema vascular de las plantas, desde las hojas hasta las puntas de los tallos, para inducir la floración. Lo más bello de este modelo es que se encontró que FT y CO también regulaban la floración en las plantas de día corto. La única diferencia es que en las plantas de día corto -como arroz- CO actúa como un represor de FT y por lo tanto en día largo inhibe su expresión.

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Modelo de inducción floral mediado el fotoperíodo y el módulo CO/FT. Se
muestra como funciona en plantas de día largo (Arabidopsis, a la
izquierda) y de día corto (Arroz, a la derecha). En arroz, las proteínas CO y
FT se conocen con el nombre de Hd1 y Hd3a, respectivamente.

Actualmente se sabe que la proteína FT es un inductor universal de la floración y además puede regular la juvenilidad de los árboles. Por ejemplo, los Álamos requieren de varios años para florecer por primera vez; sin embargo, plantas de Álamo transgénico que expresan fuertemente FT florecen a las cuatro semanas de vida. Recientemente el grupo del científico Estadounidense Ralph Scorza ha logrado generar plantas transgénicas de ciruelo que florecen en menos de un año cuando son crecidos desde semillas en vez de los 3 a 10 años que demoran normalmente. Esta tecnología se llama FasTracking y podría acelerar la generación de nuevas variedades de frutales, incluso de aquellos que hasta ahora no han sido mejorados debido a la enorme cantidad de tiempo que debe transcurrir para que produzcan flores (y frutos) por primera vez, como este árbol, al que le tomó más de 90 años producir sus primeras flores.
Acerca del autor

Mi nombre es Gabriel León, soy Bioquímico (Pontificia Universidad Católica de Chile, 2000) y tengo un Doctorado en Biología Celular y Molecular (Pontificia Universidad Católica de Chile, 2006). Actualmente soy académico en la Universidad Andrés Bello y dirigo un laboratorio de investigación en donde se forman estudiantes de Pregrado (Bioquímicos e Ingenieros en Biotecnología) y de Doctorado. Nuestro principal interés es el desarrollo reproductivo de las plantas y actualmente estamos estudiando el tiempo de floración y el desarrollo del polen. Este blog tiene un caracter personal y su objetivo es acercar la actividad científica a la comunidad, a través del relato de historias de ciencia.
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Artículo original en:
http://elefectorayleigh.wordpress.com/2012/08/21/como-saben-las-plantas-cuando-florecer/

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