Científicos descubren una nueva relación entre gravedad y arquitectura vegetal, hasta ahora enmascarada.
Durante mucho tiempo el hecho de que las plantas puedan mantener el ángulo de sus ramas laterales a pesar de la gravedad ha resultado un misterio para los científicos. Ahora, investigadores de la Universidad de Leeds han desentrañado el mecanismo que subyace a esta capacidad, que aumenta las posibilidades de supervivencia de las plantas. El hallazgo podría impulsar la mejora del rendimiento de los cultivos. Por Marta Lorenzo.
Durante mucho tiempo el hecho de que las plantas puedan mantener el ángulo de sus ramas laterales a pesar de la gravedad ha resultado un misterio para los científicos. Ahora, investigadores de la Universidad de Leeds han desentrañado el mecanismo que subyace a esta capacidad, que aumenta las posibilidades de supervivencia de las plantas. El hallazgo podría impulsar la mejora del rendimiento de los cultivos. Por Marta Lorenzo.
Investigadores de la Universidad de Leeds (Reino Unido) han descubierto cómo las plantas establecen los ángulos de sus ramas.
Mientras que otras características de la arquitectura de las plantas -como el control del número de ramas o la colocación de éstas alrededor del tallo principal- ya se comprendían bien, durante mucho tiempo el hecho de que las plantas puedan mantener el ángulo de sus ramas laterales a pesar de la gravedad ha resultado un misterio para los científicos.
El mecanismo subyacente a esta capacidad resulta fundamental para comprender la forma de las plantas que nos rodean: explicar cómo, por ejemplo, las ramas de un joven chopo se colocan casi verticalmente, mientras que las de un roble se extienden a lo ancho.
Stefan Kepinski, profesor de la Facultad de Ciencias Biológicas de dicha Universidad y autor principal de un artículo sobre este estudio aparecido en la revista Current Biology explica en un comunicado del Centro: "Comenzamos a trabajar en esto después de un viaje en tren a Leeds. Mirando por la ventana, me llamó la atención el hecho de que la manera de distinguir unas especies de plantas y de árboles de otras desde la distancia se basaba gran medida en el ángulo en que crecen sus ramas”.
"Estos ángulos característicos están a nuestro alrededor y lo mismo ocurre bajo tierra: diferentes variedades de plantas a menudo presentan raíces con arquitecturas muy diferentes, determinadas sobre todo por el ángulo de crecimiento de sus ramificaciones laterales", continúa Kepinski.
Relación entre arquitectura y gravedad
El aparentemente simple rompecabezas de cómo una planta establece y mantiene esos ángulos en su arquitectura global se complica porque el ángulo de las ramas de raíces y tallos no está normalmente relacionado con la raíz o el tallo principal, a partir de los cuales las ramificaciones se desarrollan, sino con la gravedad.
Es lo que se denomina “gravitropismo”, un tipo de tropismo o crecimiento direccional de los organismos propio de los vegetales, marcado por la aceleración de la gravedad. El gravitropismo posibilita el crecimiento basípeto de las raíces, que deben hundirse en el suelo para su correcto funcionamiento, y el crecimiento de los tallos hacia el medio aéreo.
En el caso de las raíces o el del tallo principal de las plantas –que crece en posición vertical- el gravitropismo se comprende bien: la gravedad inclina a la planta y esta inclinación es detectada por unas células sensibles, similares en funcionamiento a los estatocistos de los invertebrados acuáticos.
Tras esta detección, la planta incrementa la producción de una hormona reguladora del crecimiento llamada auxina, que se sitúa en menor cantidad en uno de los lados y en mayor cantidad en otro, para impulsar el crecimiento de las ramificaciones de las raíces hacia abajo y de los brotes hacia arriba.
Cuando el crecimiento vuelve a la verticalidad, los “estatoscistos” dejan de promover la producción de auxina y el proceso de estanca.
Sin embargo, para los especialistas seguía existiendo un misterio en la forma de las plantas: ¿Por qué los ángulos de las ramas y de las estructuras de las raíces de éstas, con respecto a la gravedad, son variados, en lugar de ser completamente verticales siempre?
Ese ángulo característico de cada planta es conocido como “ángulo de consigna gravitrópica”, y determina la arquitectura de los vegetales.
Mientras que otras características de la arquitectura de las plantas -como el control del número de ramas o la colocación de éstas alrededor del tallo principal- ya se comprendían bien, durante mucho tiempo el hecho de que las plantas puedan mantener el ángulo de sus ramas laterales a pesar de la gravedad ha resultado un misterio para los científicos.
El mecanismo subyacente a esta capacidad resulta fundamental para comprender la forma de las plantas que nos rodean: explicar cómo, por ejemplo, las ramas de un joven chopo se colocan casi verticalmente, mientras que las de un roble se extienden a lo ancho.
Stefan Kepinski, profesor de la Facultad de Ciencias Biológicas de dicha Universidad y autor principal de un artículo sobre este estudio aparecido en la revista Current Biology explica en un comunicado del Centro: "Comenzamos a trabajar en esto después de un viaje en tren a Leeds. Mirando por la ventana, me llamó la atención el hecho de que la manera de distinguir unas especies de plantas y de árboles de otras desde la distancia se basaba gran medida en el ángulo en que crecen sus ramas”.
"Estos ángulos característicos están a nuestro alrededor y lo mismo ocurre bajo tierra: diferentes variedades de plantas a menudo presentan raíces con arquitecturas muy diferentes, determinadas sobre todo por el ángulo de crecimiento de sus ramificaciones laterales", continúa Kepinski.
Relación entre arquitectura y gravedad
El aparentemente simple rompecabezas de cómo una planta establece y mantiene esos ángulos en su arquitectura global se complica porque el ángulo de las ramas de raíces y tallos no está normalmente relacionado con la raíz o el tallo principal, a partir de los cuales las ramificaciones se desarrollan, sino con la gravedad.
Es lo que se denomina “gravitropismo”, un tipo de tropismo o crecimiento direccional de los organismos propio de los vegetales, marcado por la aceleración de la gravedad. El gravitropismo posibilita el crecimiento basípeto de las raíces, que deben hundirse en el suelo para su correcto funcionamiento, y el crecimiento de los tallos hacia el medio aéreo.
En el caso de las raíces o el del tallo principal de las plantas –que crece en posición vertical- el gravitropismo se comprende bien: la gravedad inclina a la planta y esta inclinación es detectada por unas células sensibles, similares en funcionamiento a los estatocistos de los invertebrados acuáticos.
Tras esta detección, la planta incrementa la producción de una hormona reguladora del crecimiento llamada auxina, que se sitúa en menor cantidad en uno de los lados y en mayor cantidad en otro, para impulsar el crecimiento de las ramificaciones de las raíces hacia abajo y de los brotes hacia arriba.
Cuando el crecimiento vuelve a la verticalidad, los “estatoscistos” dejan de promover la producción de auxina y el proceso de estanca.
Sin embargo, para los especialistas seguía existiendo un misterio en la forma de las plantas: ¿Por qué los ángulos de las ramas y de las estructuras de las raíces de éstas, con respecto a la gravedad, son variados, en lugar de ser completamente verticales siempre?
Ese ángulo característico de cada planta es conocido como “ángulo de consigna gravitrópica”, y determina la arquitectura de los vegetales.
Un mecanismo compensatorio varía la “consigna”
A este respecto, Kepinski explica: "Hemos descubierto otro componente de este tipo de crecimiento: el contrapeso antigravitrópico, un factor que contrarresta el crecimiento normal gravitrópico de las ramas laterales. Este mecanismo de compensación evita que la rama se mueva más allá de un determinado ángulo ajustado a la vertical. Resulta que este crecimiento compensatorio también está impulsado por la auxina, la misma hormona que causa el crecimiento sensible a la gravedad en la parte inferior de las ramas".
Por otra parte, se ha establecido que las ramas que crecen cerca del eje vertical del tallo tienen un contrapeso antigravitrópico débil, mientras que las ramas que se extienden más a partir de dicho eje presentan un contrapeso antigravitrópico fuerte, lo que les permite desarrollarse en ángulos poco profundos.
Kepinski añade: “Se puede comparar con la forma de manejar un barco con dos hélices. Si quieres virar tienes que dar más velocidad a una que a otra, pero para volver a navegar recto, la hélice acelerada tiene que volver a su velocidad inicial o hay que acelerar la otra para equilibrar el movimiento, en este caso, la ‘velocidad’de crecimiento a cada lado de la rama. En una rama no vertical, el desplazamiento antigravitrópico es constante, mientras que la gravedad aumenta el crecimiento de respuesta en una magnitud proporcional a la distancia de la rama al tallo, generando un sistema de crecimiento que mantiene toda una gama de ángulos de ramificación “.
El equipo de Leeds demostró la presencia de la desviación usando un clinostato, un dispositivo que sirve para estudiar el crecimiento de las plantas, una vez que la influencia de la gravedad es eliminada.
El clinostato funciona haciendo girar lentamente a una planta que está creciendo, para eliminar así cualquier referencia de gravedad estable durante el desarrollo de la planta. Esto permitió a los investigadores conocer si el mecanismo de compensación anti-gravitrópico funcionaba sin la oposición de una respuesta gravitrópico coordinada.
Bajo estas condiciones, observaron que las ramificaciones de brotes y raíces se despliegan con un crecimiento de flexión hacia el exterior, alejándose de la raíz y el tallo principal con un movimiento que normalmente es enmascarado por la interacción con el crecimiento sensible a la gravedad.
Importancia del hallazgo
Kepinski explica: "El ángulo de crecimiento de las ramas es una adaptación de excepcional importancia, ya que determina la capacidad de la planta para captar recursos del aire y del subsuelo. Dependiendo de en qué tipo de suelo se encuentre una planta, el mecanismo le permite desenterrar los nutrientes en la capa superior del suelo o en zonas más profundas. Asimismo, las plantan pueden obtener ventajas del hecho de tener ramas más inclinadas, para evitar la sombra de plantas vecinas. Hasta ahora, nadie sabía cómo se establecían y se mantenían los ángulos de crecimiento no vertical, en relación con cambios constantes en la gravedad”.
El científico añade que estos conocimientos serán importantes “para la reproducción y la biotecnología enfocadas a la mejora de cultivos. Los productores de semillas desean poder alterar la arquitectura de las plantas con el fin de optimizar el rendimiento de los cultivos. Por ejemplo, se ha demostrado que el ángulo de crecimiento de la raíz lateral de las plantas resulta crucial para aumentar la absorción de nutrientes, tanto en especies vegetales de hoja ancha como en especies de cereales. Nuestros resultados proporcionan herramientas y enfoques para ayudar a afrontar estos desafíos".
Kepinski espera comprobar que este mismo mecanismo funciona en plantas más grandes y en tiernas plántulas de árboles. En los árboles más viejos, los mecanismos que impulsan el crecimiento sensible a la gravedad en los tejidos leñosos son diferentes a los de las plantas no leñosas. Sin embargo, afirma que se pueden aplicar los mismos principios generales.
La presente investigación fue realizada con brotes de Arabidopsis thaliana (berro) y plantas de guisantes, frijoles y arroz.
A este respecto, Kepinski explica: "Hemos descubierto otro componente de este tipo de crecimiento: el contrapeso antigravitrópico, un factor que contrarresta el crecimiento normal gravitrópico de las ramas laterales. Este mecanismo de compensación evita que la rama se mueva más allá de un determinado ángulo ajustado a la vertical. Resulta que este crecimiento compensatorio también está impulsado por la auxina, la misma hormona que causa el crecimiento sensible a la gravedad en la parte inferior de las ramas".
Por otra parte, se ha establecido que las ramas que crecen cerca del eje vertical del tallo tienen un contrapeso antigravitrópico débil, mientras que las ramas que se extienden más a partir de dicho eje presentan un contrapeso antigravitrópico fuerte, lo que les permite desarrollarse en ángulos poco profundos.
Kepinski añade: “Se puede comparar con la forma de manejar un barco con dos hélices. Si quieres virar tienes que dar más velocidad a una que a otra, pero para volver a navegar recto, la hélice acelerada tiene que volver a su velocidad inicial o hay que acelerar la otra para equilibrar el movimiento, en este caso, la ‘velocidad’de crecimiento a cada lado de la rama. En una rama no vertical, el desplazamiento antigravitrópico es constante, mientras que la gravedad aumenta el crecimiento de respuesta en una magnitud proporcional a la distancia de la rama al tallo, generando un sistema de crecimiento que mantiene toda una gama de ángulos de ramificación “.
El equipo de Leeds demostró la presencia de la desviación usando un clinostato, un dispositivo que sirve para estudiar el crecimiento de las plantas, una vez que la influencia de la gravedad es eliminada.
El clinostato funciona haciendo girar lentamente a una planta que está creciendo, para eliminar así cualquier referencia de gravedad estable durante el desarrollo de la planta. Esto permitió a los investigadores conocer si el mecanismo de compensación anti-gravitrópico funcionaba sin la oposición de una respuesta gravitrópico coordinada.
Bajo estas condiciones, observaron que las ramificaciones de brotes y raíces se despliegan con un crecimiento de flexión hacia el exterior, alejándose de la raíz y el tallo principal con un movimiento que normalmente es enmascarado por la interacción con el crecimiento sensible a la gravedad.
Importancia del hallazgo
Kepinski explica: "El ángulo de crecimiento de las ramas es una adaptación de excepcional importancia, ya que determina la capacidad de la planta para captar recursos del aire y del subsuelo. Dependiendo de en qué tipo de suelo se encuentre una planta, el mecanismo le permite desenterrar los nutrientes en la capa superior del suelo o en zonas más profundas. Asimismo, las plantan pueden obtener ventajas del hecho de tener ramas más inclinadas, para evitar la sombra de plantas vecinas. Hasta ahora, nadie sabía cómo se establecían y se mantenían los ángulos de crecimiento no vertical, en relación con cambios constantes en la gravedad”.
El científico añade que estos conocimientos serán importantes “para la reproducción y la biotecnología enfocadas a la mejora de cultivos. Los productores de semillas desean poder alterar la arquitectura de las plantas con el fin de optimizar el rendimiento de los cultivos. Por ejemplo, se ha demostrado que el ángulo de crecimiento de la raíz lateral de las plantas resulta crucial para aumentar la absorción de nutrientes, tanto en especies vegetales de hoja ancha como en especies de cereales. Nuestros resultados proporcionan herramientas y enfoques para ayudar a afrontar estos desafíos".
Kepinski espera comprobar que este mismo mecanismo funciona en plantas más grandes y en tiernas plántulas de árboles. En los árboles más viejos, los mecanismos que impulsan el crecimiento sensible a la gravedad en los tejidos leñosos son diferentes a los de las plantas no leñosas. Sin embargo, afirma que se pueden aplicar los mismos principios generales.
La presente investigación fue realizada con brotes de Arabidopsis thaliana (berro) y plantas de guisantes, frijoles y arroz.
Referencia bibliográfica:
Suruchi Roychoudhry, Marta Del Bianco, Martin Kieffer, Stefan Kepinski. Auxin Controls Gravitropic Setpoint Angle in Higher Plant Lateral Branches. Current Biology (2013). DOI: 10.1016/j.cub.2013.06.034.
Suruchi Roychoudhry, Marta Del Bianco, Martin Kieffer, Stefan Kepinski. Auxin Controls Gravitropic Setpoint Angle in Higher Plant Lateral Branches. Current Biology (2013). DOI: 10.1016/j.cub.2013.06.034.
Lunes, 29 de Julio 2013
Marta Lorenzo
Marta Lorenzo
Artículo tomado de http://www.tendencas21.net
Liga al artículo original: http://www.tendencias21.net/Revelado-el-secreto-de-la-geometria-de-las-plantas_a21923.html
