Investigadores del Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (IBMCP), centro mixto de la Universitat Politècnica de València y el CSIC, han descubierto el mecanismo molecular que controla el momento en el que las plantas anuales (monocárpicas) mueren una vez han cumplido su ciclo reproductivo. Los resultados del trabajo han sido publicados en la revista Nature Communications.

Según su estrategia reproductiva, las plantas se pueden dividir en policárpicas (que son aquellas que florecen y producen semillas varias veces a lo largo de su ciclo de vida, como los cítricos) y monocárpicas (que se caracterizan por un único episodio reproductivo antes de la muerte). En este grupo, se sitúan el trigo, la cebada, los guisantes y las judías, todas ellas con alto interés agronómico.

Muchos más frutos antes de parar el crecimiento

Cristina Ferrándiz, investigadora del IBMCP, explica que “en las plantas monocárpicas, la actividad de los meristemos, las células responsables del crecimiento vegetal, se detiene coordinadamente después de la producción de un número determinado de frutos. Este proceso se denomina parada global de la proliferación (GPA por sus siglas en inglés) y precede a la muerte de la planta. Se piensa que esta estrategia sirve para optimizar la asignación de los recursos disponibles para la producción de semillas, pero se desconocían los mecanismos moleculares que desencadenaban el proceso”.

Los investigadores del IBMCP han identificado mutantes de la planta modelo Arabidopsis thaliana que mostraban retraso en el GPA, es decir, que producían muchos más frutos antes de parar su crecimiento y entrar en senescencia. “Hemos descubierto que un gen relacionado con la floración y el desarrollo de los frutos, el gen Fruitfull, tiene un papel clave en la parada global de la proliferación ya que, cuando no se expresa, el GPA se retrasa y la producción de frutos aumenta”, aclara Ferrándiz.

Identificado el mecanismo molecular

El gen Fruitfull afecta directa y negativamente la expresión del gen Apetala2 en el meristemo apical del tallo, a partir del cual se originan las flores y los frutos, y consecuentemente a la expresión del gen Wuschel, esencial para el mantener activo el meristemo. En ausencia de Fruitfull o cuando aumenta la actividad de Apetala2, la vida de la planta y su fase productiva se alargan. “Hemos identificado un mecanismo molecular que regula cuándo se produce el GPA en Arabidopsis en función de su edad, y por tanto la duración de la fase reproductiva de la planta, de su ciclo vital y la producción total de frutos”, concluye Ferrándiz.

Los resultados de este trabajo, en el que también han participado la Universidad de California (EE.UU.) y la Wageningen University and Research (Países Bajos), podrían servir para alargar la vida y aumentar significativamente la producción de cultivos de interés agronómico como la mayoría de especies de leguminosas o cereales, ya que estos genes están presentes y parecen actuar de un modo similar en estas especies. El grupo de investigación del IBMCP ya está trabajando en desarrollar estas potenciales aplicaciones biotecnológica con resultados preliminares prometedores.

Vicente Balanzà, Irene Martínez-Fernández, Shusei Sato, Martin F Yanofsky, Kerstin Kaufmann, Gerco C Angenent, Marian Bemer y Cristina Ferrándiz. Genetic control of meristem arrest and life span in Arabidopsis by a FRUITFULL APETALA2 pathway. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-018-03067-5.