Determinen els mecanismes que produeixen la 'menopausa' en plantes

Molts cultius de gran importància econòmica, com lleguminoses i cereals, són plantes anuals, que floreixen només una vegada i després s'esgoten i moren. Els mecanismes que en determinen la floració estan molt estudiats, però se sap menys del procés de parada proliferativa, la menopausa vegetal. Ara, un grup d'investigadores de l'Institut de Biologia Molecular i Cel·lular de Plantes (IBMCP), centre mixt de la Universitat Politècnica de València (UPV) i del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC), publica en Current Biology l'anàlisi més completa d'aquest procés, que permetrà dissenyar nous experiments per a controlar el període de floració i identificar altres factors implicats en el seu control.

En les plantes amb un únic episodi reproductiu, anomenades monocàrpiques, l'inici de la reproducció està marcat per la formació de les primeres flors. Els senyals que controlen l'inici de la floració estan molt estudiats (llum, canvis estacionals, temperatura, edat de la planta…). No obstant això, hi ha un altre moment molt important per a la reproducció: el seu final. En moltes espècies, després de la producció d'un cert nombre de fruits, es deté la producció de flors. Aquesta parada està marcada pel cessament de l'activitat dels meristemes, les reserves de cèl·lules mare que mantenen el creixement i la producció d'òrgans de les plantes.

“Aquest procés es coneix com a parada proliferativa, que podríem denominar com la menopausa vegetal”, explica Cristina Ferrándiz Maestre, investigadora de l’IBMCP i una de les autores de l'estudi que es publica avui.

“La parada proliferativa constitueix una gran adaptació evolutiva, ja que, en no formar-se nous òrgans com flors i fruits, s'assegura la redistribució de nutrients cap a la producció de llavors, cosa que permet el desenvolupament òptim d’aquestes i perpetuar així l'espècie”, aclareix Ferrándiz.

Malgrat la seua importància ecològica i econòmica, es coneix poc sobre els factors que controlen la parada de la proliferació. En aquest treball, el grup d'investigació de Ferrándiz a l’IBMCP ha aplicat tècniques de biologia molecular i cel·lular, genètica i anàlisi d'imatges a l'espècie model Arabidopsis thaliana per a definir –amb elevada resolució espaciotemporal– la seqüència d'esdeveniments moleculars i cel·lulars que desencadenen la parada de la proliferació.

Citoquinines que controlen la parada

“D'una banda, hem realitzat un estudi molt detallat dels canvis que ocorren en el meristema abans de la parada: com i quan deixen de dividir-se les cèl·lules, en quin moment comencen a veure's signes de l'envelliment del meristema, quan desapareix l'activitat de les cèl·lules mare... És com fer un zoom en el meristema per a entendre quines fases hi tenen lloc i què les caracteritza”, comenta Paz Merelo, investigadora de l’IBMCP que lidera l'estudi gràcies al programa ComFuturo de la Fundació General CSIC.

“D'altra banda, hem estudiat unes hormones vegetals importants per a mantenir la proliferació, les citoquinines. Amb marcadors fluorescents que ens permeten seguir la activitat d’aquestes, hem vist que la seua activitat es bloqueja completament en el moment de la parada, així que, probablement, les citoquinines són les desencadenants de la parada”, revela Merelo. “A més, hem comprovat que, si tractem els meristemes amb citoquinines de forma externa, no paren de produir cèl·lules mare”, assegura.

Estudi pioner amb diverses aplicacions

“L'estudi és pioner, perquè per primera vegada hem vist de molt a prop com es comporten els meristemes i quins canvis experimenten. Això ens permetrà dissenyar nous experiments per a controlar el període de floració i el seu final, o per a identificar més factors implicats en el seu control”, assegura Cristina Ferrándiz. La parada de la proliferació és un procés comú en un ampli rang d'espècies, per la qual cosa els processos descrits en aquest estudi són rellevants per a noves aproximacions biotecnològiques encaminades a incrementar la collita en cultius estenent la duració del període de floració o retardant la parada de la proliferació.

“Com en aquest estudi es demostra que les citoquinines eviten la parada de la proliferació i, per tant, estenen el període de producció, les rutes relacionades amb aquestes hormones serien dianes prometedores en programes de millora”, apunta Ferrándiz.

“A més, el rendiment de molts cultius depèn en gran manera de les condicions ambientals, per la qual cosa obtenir varietats de plantes amb una fase reproductiva més extensa, o amb una parada de la proliferació tardana, permetria ajustar la producció enfront de canvis climàtics puntuals”, opina la investigadora del CSIC.

Referència:

Paz Merelo, Irene González-Cuadra, Cristina Ferrándiz. “A cellular analysis of meristem activity at the end of flowering points to cytokinin as a major regulator of proliferative arrest in Arabidopsis”, Current Biology (2021). DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.11.069