Igual que una mujer embarazada prepara prendas de abrigo para el invierno antes de que nazca su hijo, en el mundo vegetal, las plantas madre ‘preparan’ a sus semillas para las temperaturas exteriores. Este asombroso descubrimiento va más allá de una curiosidad biológica: ilumina un mecanismo íntimo de adaptación vital para la supervivencia de las plantas en un clima cambiante.
Este proceso, descrito en un estudio publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), revela una forma de herencia no genética que podría ser crucial para que las poblaciones vegetales respondan con rapidez al cambio climático.
El estudio revela que estas madres vegetales activan un sistema de alerta química, utilizando la hormona ABA (ácido abscísico) como mensajera, para transmitir información crucial sobre las temperaturas estacionales a su descendencia
La investigación, liderada por el Centro John Innes y el Instituto Earlham, sugiere que, más allá de los lentos procesos evolutivos, las plantas cuentan con un sistema de comunicación intergeneracional directo que les permite acondicionar a su descendencia para el entorno inmediato.
Adaptaciones ambientales
Durante décadas, la biología ha debatido hasta qué punto los organismos pueden heredar adaptaciones ambientales adquiridas por sus progenitores. En las plantas, se sabía que rasgos de la semilla, como su tamaño, rendimiento o dormancia –estado de latencia que evita la germinación hasta que las condiciones sean propicias–, se ven influidos por el ambiente durante la reproducción.
Una vaina y sus semillas. / Unsplash
Sin embargo, permanecía sin aclarar si la semilla en desarrollo percibe por sí misma factores como la temperatura dentro del fruto, o si es la planta madre quien le traspasa, de algún modo, la información estacional que ha experimentado. El nuevo trabajo aborda esta cuestión empleando tecnologías de vanguardia que permiten observar los procesos moleculares con una resolución sin precedentes.
Los investigadores se centraron en Arabidopsis thaliana, una planta modelo, y cartografiaron con gran detalle dónde y cómo se producía la respuesta a la temperatura y a los nutrientes en los tejidos maternos y en la semilla en desarrollo.
El estudio mostró que un gen llamado LHP1, implicado en la regulación de la expresión génica, era clave para que las plantas respondieran a bajas temperaturas induciendo la dormancia en las semillas. Cuando este gen estaba inactivado, las plantas madre perdían la capacidad de generar semillas dormantes en condiciones frescas.
Cadena de eventos
La investigación desentrañó la cadena de eventos: en condiciones de menor temperatura, los tejidos maternos del fruto, particularmente los vasculares, incrementan su acumulación de nitrato. Este cambio activa, a su vez, una mayor síntesis de la hormona ABA en esos mismos tejidos maternos.
Utilizando biosensores genéticos, los científicos pudieron visualizar por primera vez cómo el ABA generado en la madre viaja, formando un gradiente, desde los vasos del fruto a través del funículo hasta acumularse en el polo de la semilla y, finalmente, en el propio embrión.
Cabezuela de diente de león con sus aquenios, que contienen cada uno una semilla. / Pixabay
«Pudimos observar todas las células que contienen la hormona, su movimiento desde los tejidos maternos hasta la semilla y la respuesta de cada célula de la semilla a la hormona materna», relata Steve Penfield, autor correspondiente del estudio.
«Nunca antes habíamos podido observar este increíble detalle; la tecnología y la experiencia de los colegas del Instituto Earlham han sido transformadoras en esta área de investigación», añade.
Interacción entre nutrientes y clima
Los experimentos genéticos confirmaron que tanto la producción materna de ABA como la capacidad de la semilla para responder a ella son necesarias para inducir la dormancia por frío. Cuando se suministró ABA directamente a frutos en desarrollo cultivados en condiciones cálidas, las semillas maduras mostraron mayor dormancia, demostrando que esta hormona es, por sí sola, suficiente para sustituir la señal de baja temperatura.
Por el contrario, en temperaturas cálidas –favorables para la germinación–, el ABA se acumula de manera más constante y no alcanza ese pico temprano que desencadena la dormancia profunda.
La investigación también arroja luz sobre la interacción entre nutrientes y clima. Los científicos descubrieron que un exceso de nitrato en la planta madre puede anular el efecto inductor de dormancia de las bajas temperaturas, un mecanismo que también opera a través de la regulación del ABA. Esto sugiere que las plantas integran señales múltiples –temperatura y disponibilidad de nutrientes– para afinar el comportamiento de la próxima generación.
Lirios de agua. / Pixabay
«La temperatura y la disponibilidad de nutrientes que experimenta la planta madre determinan la cantidad de hormonas que transfieren a la semilla. Esto demuestra que las plantas no dependen únicamente de la evolución o de cambios en la genética; simplemente pueden adquirir la cantidad adecuada de hormonas para ayudar a preadaptar las semillas al entorno que la madre ha experimentado«, explica Penfield.
Factor crucial de resiliencia
La metodología empleada fue fundamental para estos hallazgos. Como señaló Andrew Goldson, coautor del artículo, intentar extraer información de una muestra masiva es «como intentar aislar sabores individuales en un batido de frutas. La tecnología unicelular es una forma de aislar esos sabores individuales; nos permite obtener datos específicos de cada célula de un tejido».
Esta capacidad para diseccionar la complejidad tisular permitió descubrir que la respuesta al nitrato y la síntesis de ABA ocurren predominantemente en los tejidos maternos, no en la semilla misma, destacando el papel activo de la madre como intérprete del entorno exterior.
Las implicaciones de este trabajo trascienden la biología fundamental. En un contexto de cambio climático acelerado, la capacidad de las plantas para ajustar rápidamente rasgos clave como la dormancia de la semilla a través de mecanismos hormonales podría ser un factor crucial de resiliencia.