Descubiertos los mecanismos moleculares de las células madre vegetales

Los mecanismos moleculares que permiten a las células madre vegetales generar células diferenciadas controlan el crecimiento de las plantas. Ingenieros italianos han descubierto estos mecanismos moleculares a través del estudio del crecimiento de las raíces de una planta tomada como modelo, la Arabidopsis thaliana, en el marco de una investigación cuyos resultados han sido publicados en la revista especializada Current Biology.

Este estudio, que tenía como finalidad verificar cómo interactúan las hormonas (citosina y auxina) durante el desarrollo de la planta, ha permitido abrir nuevas perspectivas en la investigación fundamental y en sus aplicaciones biotecnológicas, particularmente a los procedimientos de ahorro de agua y de energía en los cultivos.

Según explica la artífice de este estudio, Sabrina Sabatini, a la revista Ricerca Italiana, “los resultados obtenidos ofrecen un modelo de funcionamiento de las células madre de las plantas a partir del cual podrían obtenerse principios generales para las células animales y humanas. Las células madre vegetales, consideradas como el núcleo vital de las plantas, se pueden identificar mejor que las células animales (menos diferenciadas) y permiten desarrollar mayores aplicaciones. Su utilización aporta numerosas ventajas por la simplicidad de su utilización desde un punto de vista bioético y ofrecen numerosas posibilidades de aplicación”.

Más biomasa, menos agua, más nutrientes

La principal consecuencia de este descubrimiento es que, si se puede modificar artificialmente o modular la actividad de las células madre de las plantas, entonces es posible modificar su actividad para adaptarlas en términos de aumento de su biomasa, consumo de agua y nutrientes del suelo.

Y añade al respecto Sabatini: “las plantas que poseen un abundante despliegue de raíces consumen menos agua y explotan mejor las sustancias nutritivas del suelo, por lo que permiten disminuir el uso de fertilizantes para contribuir a una agricultura menos nociva para el medio ambiente. Otro aspecto del estudio, continúa Sabatini, se encuentra en la biomasa de las plantas. Más biomasa significa mayor productividad de especies agronómicas y una mayor disponibilidad de materia prima para utilizar las plantas como fuente de energía limpia”, lo que abre la posibilidad de obtener estos resultados sin recurrir a los organismos genéticamente modificados (OGM).

El equipo de investigación artífice de este descubrimiento pertenece al grupo del profesor Paolo Constantino, del departamento de Genética y Biología Molecular de la Universidad de Roma, y ha invertido tres años de trabajo, en colaboración con el departamento de Genética Molecular de la universidad holandesa de Utrecht, para alcanzar este resultado.

Células madre vegetales y animales

Las ‘células madre’ existen en animales y vegetales. Una célula madre es una célula capaz de dividirse a lo largo de su vida asegurando la renovación de las células de un organismo. La división de una célula madre produce por un lado una nueva célula madre (una nueva célula de reserva), y por otro lado una célula que se especializa en una función regeneradora precisa.

Todos los seres vivos pluricelulares poseen células madre, responsables de todos los tejidos, de los que aseguran su regeneración: sustituyen las células que desaparecen por envejecimiento o lesiones. También son las responsable de la regeneración de algunos miembros en determinadas especies animales, como las lagartijas, que recuperan su cola si resulta amputada.

Las células madre de las plantas tienen la facultad de ser más fácilmente totipotentes (pueden crecer y formar un organismo completo en condiciones naturales) y esta facultad es el origen del sistema de reproducción natural de las plantas, el desqueje (reproducción vegetativa). Por ello es posible recrear una planta completamente a partir de una única célula.

Antecedentes en España

El pasado abril, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas de España anunció en una nota de prensa que investigadores españoles habían identificado asimismo un nuevo gen implicado en la división de las células vegetales y en su capacidad para adoptar distintas identidades antes de diferenciarse estudiando la misma planta, la Arabidopsis thaliana, un hallazgo que puede ayudar al desarrollo biotecnológico de plantas que se adapten mejor al entorno.

Los científicos del laboratorio que dirige Crisanto Gutiérrez en el Centro de Biología Molecular (centro mixto del Centro Superior de Investigaciones Científicas y la Universidad Autónoma de Madrid) identificaron el gen GEM, un regulador de las actividades básicas que contribuyen al correcto desarrollo de ciertos órganos de las plantas, como las raíces, las hojas o, incluso, las flores.

El trabajo, que aporta datos con implicaciones para la biología de las células madre, tanto vegetales como de animales, incide en la gran capacidad de las células vegetales para dividirse, funcionar como células madre o generar nuevos órganos.

Los autores, que han publicado los resultados de su investigación en la revista Nature, han identificado el doble papel de GEM en la formación de la capa externa de la raíz, ya que actúa, al mismo tiempo, como inhibidor de la división celular y como represor de la expresión del gen GL2.

Este gen es responsable del número de extensiones de las células de la parte externa de la raíz, conocidas como pelos, que, entre otras funciones, intervienen en la absorción de agua y nutriente.

Plantas mejor adaptadas

Además de las implicaciones básicas, el hallazgo podría utilizarse en un futuro para desarrollar, a través de la biotecnología, plantas con mayor capacidad para adaptarse al ambiente, según Gutiérrez, lo que coincide con el propósito de los investigadores italianos.

Controlando el GEM, por ejemplo, se podrían diseñar plantas con mayor capacidad para absorber nutrientes y potenciar, así, su crecimiento en entornos poco favorables. El trabajo ayuda además a aclarar las similitudes y diferencias entre determinadas estrategias celulares presentes en animales y vegetales.

Según Gutiérrez, esta línea de investigación para la biología básica está relacionada "con los problemas de coordinación de la división y la diferenciación celular, cruciales para la formación y regeneración de órganos de las plantas y en la actividad de las células madre que, a pese a las diferencias entre vegetales y animales, y usando moléculas distintas, siguen estrategias muy semejantes".

El equipo trata de identificar los genes que coordinan la división celular y el proceso que siguen las células para definir su identidad, dos etapas sobre cuyas conexiones no existe un conocimiento detallado en la comunidad científica, a pesar de su papel crucial en la formación de órganos y tejidos tanto en animales como en plantas.

Profundización genética

Para Gutiérrez, es fundamental entender cómo se controla la capacidad celular de los vegetales para dividirse y diferenciarse.

Al contrario de lo que ocurre entre los animales, indica, "las plantas desarrollan estos procesos durante toda su vida adulta, incluso durante cientos de años y, por supuesto, sin transformarse en células cancerosas".

En el año 2000 se presentó el genoma completo de la Arabidopsis Thaliana, producto del proyecto de investigación AGI (Iniciativa para el Genoma de la Arabidopsis) compuesto por más de doscientos científicos de 35 instituciones diferentes. En la actualidad está en marcha el Proyecto Arabidopsis 2010, que pretende conocer la función de los 25.900 genes identificados en la planta, de los que de momento se ha experimentado sólo con 1.000 de ellos.