La mayoría aprendimos que la fotosíntesis ocurre en las hojas. Esto es cierto para la gran mayoría de las plantas maduras, pero no es toda la historia. En varias especies, las semillas jóvenes también contienen cloroplastos funcionales, las diminutas estructuras que utilizan la energía lumínica para impulsar el crecimiento de la planta.

Estos cloroplastos de la semilla no se comportan exactamente como los de las hojas. En lugar de realizar la fotosíntesis tradicional, pueden ayudar a gestionar el suministro de oxígeno, el equilibrio químico y las señales de estrés dentro de la semilla en desarrollo. En cereales como la cebada, esto es especialmente interesante porque el tejido fotosintético no se extiende por toda la semilla. Forma una capa verde muy fina llamada clorenquima, que envuelve la semilla. endosperma.

El endospermo es la reserva de alimento de la semilla, repleta de nutrientes que posteriormente sustentarán la plántula. Durante su desarrollo, este tejido necesita oxígeno para la respiración, el proceso que utilizan las células para liberar energía utilizable. La idea predominante es que el clorenquima suministra este oxígeno, a la vez que reutiliza parte del dióxido de carbono liberado por el endospermo. De ser así, la fotosíntesis de la semilla podría desempeñar un papel importante en el crecimiento y la calidad del grano.

Sin embargo, la fotosíntesis de las semillas ha sido poco estudiada debido a la dificultad de su medición. Medir la fotosíntesis en las hojas es relativamente sencillo: son planas, delgadas y fáciles de colocar en instrumentos estándar. No ocurre lo mismo con las semillas de cebada en desarrollo. Son voluminosas y la mayor parte de la semilla está llena de endospermo, que dispersa la luz e interfiere con las mediciones.

En un nuevo estudio publicado en Investigación en ciencia de semillasMelvin Rodríguez Heredia y Guy Hanke, investigadores de la Universidad Queen Mary de Londres (Reino Unido), desarrollaron un método para medir cómo el clorenquima transporta electrones durante la fotosíntesis. Su método ofrece a los investigadores una forma más clara de estudiar esta capa verde oculta y determinar su función dentro de una semilla en desarrollo.

El equipo se centró en semillas de cebada recolectadas 10 días después de la floración, cuando el clorenquima está lo suficientemente verde como para generar una señal intensa, pero aún es fácil de separar del resto del grano. Con un bisturí, los investigadores cortaron la semilla, separaron la parte dorsal del clorenquima y retiraron cuidadosamente el endospermo. Las finas secciones verdes se colocaron en una solución tampón líquida entre portaobjetos de vidrio, con la cara fotosintética orientada hacia el detector de un instrumento que se suele utilizar para medir la fotosíntesis en las hojas. En efecto, esta delicada preparación convirtió una semilla voluminosa en una muestra delgada y legible.

Luego utilizaron instrumentos basados ​​en la luz para observar lo que sucedía dentro de la maquinaria fotosintética, especialmente los dos fotosistemas, los complejos proteicos que convierten la energía luminosa en energía química. Un método midió la fluorescencia de la clorofila, la tenue luz que emite la clorofila cuando la energía luminosa absorbida no se utiliza para la fotosíntesis en el fotosistema II. Al mismo tiempo, midieron los cambios en P700, una molécula de clorofila vinculada al fotosistema I. Juntas, estas mediciones les permitieron rastrear ambos fotosistemas en paralelo. El equipo también adaptó un segundo método llamado el desplazamiento de banda electrocrómico, que estima la rapidez con la que fluyen los electrones a través de la cadena fotosintética, la serie de proteínas que transfieren electrones durante la fotosíntesis.

Los resultados demostraron la eficacia del método. Si bien la señal del clorenquima de la semilla de cebada era más débil y presentaba más ruido que la de las hojas, los instrumentos detectaron los patrones fotosintéticos esperados. En otras palabras, el equipo pudo medir con precisión la actividad de ambos fotosistemas en una fina capa verde de la semilla, un área que hasta entonces había sido difícil de estudiar en detalle.

Pero las mediciones también revelaron que la fotosíntesis de las semillas no es simplemente una versión en miniatura de la fotosíntesis de las hojas. En las hojas de cebada, los dos fotosistemas se adaptaron a la luz y mantuvieron una actividad relativamente alta. En el clorenquima de la semilla, ambos sistemas operaron a niveles mucho más bajos. Otra diferencia notable fue la fotoprotección, el proceso que utilizan las plantas para evitar daños por la luz solar excesiva. Las hojas suelen liberar el exceso de energía lumínica en forma de calor, pero el clorenquima de la semilla apenas activó este mecanismo de seguridad. Esto sugiere que la capa verde de la semilla podría no estar diseñada para procesar la luz de la misma manera que una hoja.

Las mediciones del desplazamiento electrocrómico respaldaron esta hipótesis. El transporte de electrones en las hojas alcanzó entre 50 y 60 electrones por fotosistema por segundo, mientras que los valores en el clorenquima fueron mucho menores, entre 10 y 20. En conjunto, estos hallazgos demuestran que la fotosíntesis de la semilla de cebada es real, medible y distinta de la fotosíntesis de la hoja. También sugieren que esta capa verde oculta podría tener una función especializada en el desarrollo del grano, en lugar de simplemente actuar como una pequeña hoja interna.

Como resultado, el método desarrollado por Rodríguez Heredia y Hanke no solo proporciona una forma fiable de medir el transporte de electrones fotosintéticos en semillas en desarrollo, sino que también abre nuevas e interesantes oportunidades de investigación en la biología de los cereales. Al facilitar el estudio de este proceso oculto, este trabajo podría ayudar a los investigadores a comprender mejor cómo se desarrollan los granos en los cultivos de cereales que alimentan a gran parte del mundo.

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Rodríguez Heredia M., Hanke G2025. Medición del transporte de electrones fotosintéticos en semillas verdes en desarrollo. Investigación en ciencia de semillas 35: 236-245. https://doi.org/10.1017/s0960258526100105

Imagen de portada: Granos de cebada por Davidbena (Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0).