Hugh Dickinson en un nuevo artículo en Ciencias: que arroja más luz sobre la Alternancia de las Generaciones. ¿Cuándo decide una planta diploide convertirse en haploide?

Cualquiera que se haya sentado en una clase de botánica desde la escuela secundaria en adelante estará familiarizado con la idea del 'Alternancia de Generaciones'. En este círculo botánico de vida, tanto las plantas inferiores (helechos y musgos) como las plantas con flores oscilan entre una generación haploide (un conjunto de cromosomas) de 'gametofitos' (grandes en las plantas inferiores, reducidos a unas pocas células en las plantas con flores) y una generación diploide (2 conjuntos de cromosomas) generación de 'esporofitos': pequeños en las plantas inferiores, la 'planta principal' en las plantas superiores. La generación de gametofitos (haploides), ya sean grandes o pequeños, genera las células sexuales (polen y huevos en las plantas con flores). Estos luego se juntan para formar el esporofito diploide que, a su vez, produce los gametofitos: Cal bien (como dicen en las partituras musicales).

El cambio de gametofito a esporofito ocurre cuando el espermatozoide y el óvulo se acurrucan para formar un cigoto, pero no está claro cuándo ocurre el cambio de esporofito a gametofito. Los puristas dirían que esta conversión ocurre cuando los productos de la meiosis (esporas) se dividen para formar polen o embriones en las plantas con flores.protalos' en helechos y los principales cuerpos vegetales de musgos y hepáticas. pero que tal meiosis – el proceso por el cual la genética la suerte está echada para la subsiguiente generación haploide que sigue? Ciertamente, las células del esporofito contribuyen a la meiosis, pero los espectaculares eventos nucleares que ocurren en el linaje meiótico, durante los cuales se intercambian genes entre cromosomas, de alguna manera no pertenecen ni al esporofito ni al gametofito y existen en una especie de limbo intergeneracional.

Sea lo que sea (una buena palabra para aceptar que los botánicos nunca estarán de acuerdo en algunas cosas), seguimos siendo deprimentemente ignorantes sobre el sistema de conmutación que decide cuándo un linaje de células esporofíticas que se divide felizmente por mitosis, de repente desarrolla un interés en el sexo, 'se vuelve meiótico' y forma el gametofito. La mayoría está de acuerdo en que el control de este interruptor, que la planta ciertamente no quiere activar por error, es probable que sea bastante complicado e involucre más de un sistema genético, análogo al sistemas de 'doble clave' para lanzar Armageddon nuclear (pero con consecuencias posiblemente menos dramáticas).

Esto ciertamente parece ser el caso. Un grupo internacional de científicos dirigido por Arp Schnittger en Hamburgo y publicado en Science acaba de desentrañar el mecanismo de control para asegurarse de que, en el linaje femenino de la planta modelo Arabidopsis, solo una célula entra en la vía meiótica. Incluso este simple paso requiere la interacción entre un total de 3 sistemas de genes (1) el WUSCHEL (WUS) familia de genes que regula la proliferación celular en todas las plantas meristemos, (2) El RETINOBLASTOMA-COMO 1 (RBR1) vía genética que gestiona el cierre del ciclo celular y detiene la división celular en el punto correcto, y (3) tres miembros de la PROTEÍNA RELACIONADA CON KIP (KRP) familia de genes que parecen dirigir el espectáculo y asegurarse de que las cosas sucedan en el lugar y momento correctos. Cuando este sistema se sale de los rieles, se forman más de una de las células meióticas femeninas individuales normales (también conocidas como 'células madre de megasporas (MMC)'); por ejemplo, en el mutante triple KRP, se desarrollan 2 de estas células, y en el mutante RBR1 se forman muchas MMC, todas apiñadas en el desarrollo. óvulo – el órgano sexual femenino en las plantas superiores (ver imágenes a continuación). Aunque estas MMC múltiples experimentan meiosis y se convierten en sacos embrionarios que pueden atraer los tubos polínicos, no se produce fertilización, lo que sugiere que el sistema encalla más adelante en el desarrollo.

¿Algo de esto importa en el gran esquema de las cosas? Sí, ciertamente lo hace. Uno de los principales objetivos de I+D para la industria de la biotecnología vegetal es poder producir 'apomíctico' semilla que es genéticamente idéntica a su planta madre (no habiendo tenido sus genes recombinados por el 'bandido de un brazo' meiótico). Arp Schnittger y sus colegas ahora tienen en sus manos el sistema que controla la entrada a la primera etapa del desarrollo femenino y, si pueden ajustarlo para producir un mitótico en lugar de una célula meiótica, su camino estará abierto para generar sacos embrionarios diploides únicos o múltiples. De acuerdo, normalmente se requiere polinización tanto para agregar un núcleo paterno como para el desarrollo de semillas de "arranque", pero hay procesos en algunas plantas en los que esto se puede omitir. Reunir estos sistemas podría dar como resultado una tecnología que transformaría la industria del fitomejoramiento.

Hugh Dickinson es Profesor Emérito de Biología Reproductiva de Plantas (y presidente de la Annals of Botany Empresa). Su investigación se concentra en la biología celular, la genética y la programación epigenética de los linajes de células reproductivas (células germinales).