Una proporción asombrosa de la dieta humana se deriva de las semillas. Los granos como el arroz o el trigo son cultivos básicos en gran parte del planeta, por lo que poder cultivar plantas que produzcan granos más grandes es un objetivo importante para muchos botánicos y fitomejoradores. Pero, ¿qué factores controlan el tamaño de la semilla? Investigación publicada recientemente en Nature Plants por Bin Zhang y sus colegas ha encontrado un papel para un gen TERMINAL FLOWER1 (TFL1) en la planta Arabidopsis thaliana. El gen codifica una proteína móvil que influye en el endospermo, un componente importante de la semilla que proporciona una reserva de nutrientes para el embrión de la semilla cuando germina.

Las semillas, en las plantas con flores, provienen de las flores fertilizadas. “En las plantas con flores, el desarrollo de la semilla se inicia mediante la doble fertilización”, dijo Hao Yu, jefe del laboratorio que realiza la investigación, en un correo electrónico a Botany One. “Antes de la fertilización, un óvulo contiene un óvulo no fertilizado y células centrales dobles no fertilizadas, que están encerradas por un tegumento. Después de la fertilización, el óvulo haploide, las células centrales haploides y el tegumento diploide materno se desarrollan en el embrión diploide, el endospermo triploide y la cubierta de la semilla diploide, respectivamente. Por lo tanto, el embrión, el endospermo y la cubierta de la semilla contribuyen al tamaño final de la semilla en las plantas con flores”.

Ya se sabía que TFL1 controlaba el tiempo de floración en una planta. Sin embargo, el equipo de Yu notó que las tfl1 fenotipo de Arabidopsis tenía semillas grandes, y que el ARNm de TFL1 (la molécula de ARN mensajero) y la proteína TFL1 se localizaron en diferentes lugares de la semilla. Este movimiento aparente de la proteína sugirió que el papel de TFL1 en una semilla no era del todo sencillo... El equipo de Yu se enfrentó a tres desafíos. El primero fue identificar el fragmento genómico que producía el efecto de TFL1, esto permitió a los científicos etiquetar TFL1, permitiéndoles rastrear su papel alrededor de la planta. "El segundo desafío fue superar la barrera técnica de detectar la proteína TFL1 mediante la optimización de varios enfoques, ya que su nivel de expresión endógena es extremadamente bajo". dijo Yu.

Finalmente, el equipo tuvo que visualizar los resultados en el microscopio, una tarea nada trivial. Después de la fertilización, el núcleo del endospermo primario sufre divisiones nucleares sin que se forme ninguna pared celular, creando una 'bolsa de núcleos' muy delicada. Como señala Yu “Durante el proceso de corte, el endospermo de núcleo libre se daña fácilmente y se cae de los portaobjetos de vidrio. Además, el endospermo se divide espacialmente en tres dominios, incluidos el endospermo micropilar, periférico y chalazal. Debido a estas características, tuvimos que probar con muchas secciones para obtener las ideales con una inclusión máxima de estas estructuras intactas”.

Aún no está claro cómo se mueve la proteína TFL1 a través de la planta para enviar estas señales. En la semilla, TFL1 es transportado por Proteínas RAN y estabiliza la proteína ABI5 pero en el brote, TFL1 existe en un entorno muy diferente. como dice yu

"En el brote, el ARNm de TFL1 se expresa en el centro del meristemo de la inflorescencia, mientras que la proteína TFL1 se mueve hacia las células externas y se acumula en todo el meristemo para reprimir la expresión de los genes de identidad del meristemo floral LFY y AP1", dijo Yu. "Sin embargo, como los mutantes de Arabidopsis con pérdida de función de ABI5 y RAN no exhiben fenotipos de arquitectura de inflorescencia, los reguladores para el tráfico de semillas y brotes de TFL1 podrían ser diferentes".

El siguiente paso para comprender lo que hace TFL1 será examinar qué papel desempeña en la señalización entre la planta materna y el endospermo de la semilla. Es la localización de TFL1 en el área chalazal del endospermo, la parte del endospermo próxima al tejido conductor de nutrientes de la planta, lo que sugiere que esta es una línea de investigación útil. como dice yu “Por lo tanto, podría servir como un pasaje clave para mediar en el flujo de señales o nutrientes desde los tejidos maternos hasta todo el endospermo y el embrión. Por lo tanto, la generación de ARNm de TFL1 en el endospermo chalazal y su proteína móvil puede permitir que las plantas madre medien el desarrollo de semillas en respuesta a la captación de señales maternas”.

El uso de Arabidopsis thaliana, ya que este trabajo permite al equipo de Yu investigar sistemas complejos como la señalización TFL1 en una planta modelo bien entendida: los botánicos usan Arabidopsis como un científico biomédico usaría una rata de laboratorio. Un beneficio adicional es que el Arabidopsis el genoma se comprende tan bien que a menudo es posible encontrar ortólogos de genes en otras especies, como las plantas de cultivo; los ortólogos son genes que comparten un ancestro común y pueden tener una función similar. Pero ser capaz de rastrear estas conexiones permite a los investigadores descubrir procesos en Arabidopsis, sino para desarrollar aplicaciones en plantas de cultivo. Sin embargo, esto requiere trabajo en equipo a través de una amplia variedad de métodos.. “Se requieren habilidades para realizar experimentos fisiológicos, genéticos, moleculares y bioquímicos”, dijo Yu. “Para desarrollar estas habilidades, la diligencia, la perseverancia y el establecimiento de buenos hábitos de aprendizaje son importantes”.

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