La germinación de las semillas es un proceso fundamental para la supervivencia y la reproducción de las plantas. Muchas especies de plantas han evolucionado para depender de la luz para la germinación, pero Aethionema arabicum, una planta adaptada a condiciones ambientales difíciles, lo hace de manera diferente. Los fitocromos, los receptores de la luz roja y roja lejana, juegan un papel inesperado en la germinación de las semillas de esta planta y programan este proceso para la temporada óptima.
En un estudio reciente publicado en «Plant Physiology», un equipo de investigadores liderado por el Dr. Zsuzsanna Mérai del Instituto Gregor Mendel de Biología Molecular de Plantas (GMI) de la Academia de Ciencias de Austria, utilizó Aethionema arabicum para investigar el mecanismo molecular de la germinación de semillas inhibida por la luz.
Aethionema arabicum es originaria de hábitats abiertos y secos donde la germinación de las semillas en la superficie durante días luminosos, largos y calurosos reduciría las posibilidades de supervivencia de las plántulas. La inhibición de la germinación por la luz se interpreta como un rasgo para restringir la germinación a estaciones más frescas o a semillas situadas bajo tierra.
En su estudio, Mérai y sus colegas demostraron que los fitocromos, los receptores de luz para las longitudes de onda roja y roja lejana, desempeñan un doble papel en la respuesta a la luz en Aethionema; pueden estimular pero también inhibir la germinación. Al medir la intensidad y duración de la luz a través de los fitocromos, las semillas adquieren información sobre la duración del día y, por tanto, sobre la estación.
Los investigadores utilizaron semillas de una variante de Aethionema arabicum originaria de Chipre para investigar el mecanismo molecular de la germinación inhibida por la luz. Descubrieron que una mutación en la hemoglobina oxigenasa 1, un gen clave requerido para la biosíntesis de los cromóforos de los fitocromos (las moléculas destectoras de luz de los fitocromos), fue responsable de la respuesta alterada a la luz en las semillas mutantes.
“Variando la intensidad, la longitud de onda y la duración de la luz, pudimos diseccionar patrones complejos de respuesta a la luz relacionados con los fitocromos en Aethionema”, explica Mérai.
Sus experimentos demostraron que la intensidad y duración elevadas de la luz inhibían fuertemente la germinación, mientras que la exposición breve la favorecía. Estas dos respuestas opuestas a la luz son el resultado de proporciones diferentes entre dos hormonas clave: el ácido abscísico (ABA), inhibidor de la germinación, y el ácido giberélico (GA), inductor de la germinación.
“Ya sabíamos que la exposición a la luz en Arabidopsis provocaba niveles altos de GA y bajos de ABA. Ahora, también sabemos que Aethionema CYP responde de forma similar bajo una luz muy limitada. Sin embargo, con el aumento de la irradiancia, los niveles de la hormona van literalmente al revés, lo que resulta en la inhibición de la germinación. Las respuestas opuestas a la intensidad y duración de la luz tienen una base genética y son una adaptación al entorno natural de las plantas, lo que permite a Aethionema CYP germinar a principios de primavera, pero no más tarde”, detalla Mérai.
Estos hallazgos son un ejemplo impresionante de cómo la evolución puede adaptar las señales de luz para satisfacer las necesidades de una planta en su hábitat natural. Los fitocromos han sido ampliamente estudiados en otras plantas, como Arabidopsis thaliana, pero este estudio demuestra que la investigación en plantas no modelo y no cultivadas, como Aethionema arabicum, puede arrojar luz sobre procesos biológicos importantes y ofrecer nuevas oportunidades para la investigación en biología molecular de plantas.
“Nuestros hallazgos allanan el camino para una mejor comprensión de los procesos moleculares en la naturaleza y la biodiversidad mediante el estudio de organismos no modelo y plantas no cultivadas. Los conocimientos científicos obtenidos a partir de Arabidopsis son esenciales, pero no siempre representativos de todas las plantas. Aquí, demostramos que incluso podríamos descubrir mecanismos moleculares completamente opuestos en la naturaleza», concluye Mérai.
Imágen de portada: Aethionema arabicum. © Zsuzsanna Mérai / GMI.
