Un termómetro interno dice a las semillas cuándo germinar

Las semillas cuentan con un termómetro interno que puede retrasar o incluso bloquear la germinación si las temperaturas son demasiado elevadas para la futura plántula, (planta en sus primeras fases de desarrollo).

Ese es el descubrimiento de un equipo suizo, dirigido por científicos de la Universidad de Ginebra (UNIGE), que puede ayudar a optimizar el crecimiento de las plantas en el contexto del calentamiento global. Estos resultados pueden leerse en la revista Nature Communications. (Lea: ¿Es posible que los países produzcan todos sus alimentos a nivel nacional?)

Las semillas recién formadas están latentes, es decir, son incapaces de germinar. Al cabo de unos días (o incluso meses, según la especie), las semillas despiertan y adquieren la capacidad de germinar durante la estación favorable para el crecimiento de las plántulas y la producción de nuevas semillas. Sin embargo, las semillas no latentes aún pueden decidir su destino. Por ejemplo, una semilla no latente sometida repentinamente a temperaturas excesivamente altas (superiores a 28°C) puede bloquear la germinación.

Este mecanismo de represión por la temperatura que permite una regulación muy fina es conocido con termoinhibición. En efecto, una variación de sólo 1 a 2°C puede retrasar la germinación de una población de semillas y aumentar así las posibilidades de supervivencia de las futuras plántulas. (Lea: Así es como las abejas utilizan su memoria para navegar y regresar a su colmena)

El grupo de Luis López-Molina, profesor del Departamento de Ciencias Vegetales de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, está interesado en el control de la germinación en Arabidopsis thaliana, una especie vegetal perteneciente a la familia de las Brassicaceae y utilizada como modelo en numerosos proyectos de investigación.

Para comprender los mecanismos de detección que permiten a las semillas desencadenar la termoinhibición, los científicos exploraron la pista de fenómenos ya descritos y bastante similares en plantas jóvenes (es decir, en una fase más avanzada de desarrollo).

En efecto, las plántulas también perciben los cambios de temperatura, y un ligero aumento de esta favorece el crecimiento del tallo. Esta adaptación es similar a la que se observa cuando una planta se encuentra a la sombra de otra: se alarga para escapar de la sombra y exponerse a la luz del sol, más favorable para la fotosíntesis. Estas variaciones son detectadas por una proteína sensible a la luz y a la temperatura, el fitocromo B, que normalmente actúa como freno del crecimiento vegetal. Un aumento de 1 a 2°C favorece la inactivación del fitocromo B, lo que lo hace menos eficaz para impedir el crecimiento. (Lea: Campañas de sensibilización podrían reducir el consumo de carne en estudiantes)

Para comprender si el fitocromo B también desempeña un papel en la termoinhibición durante la germinación, los autores examinaron las semillas para separar los dos tejidos su interior: el embrión (que dará lugar a la planta joven) y el endospermo (tejido nutritivo que también controla la germinación en la semilla de Arabidopsis). A diferencia de los embriones cultivados en contacto con el endospermo, los investigadores descubrieron que los embriones privados de su endospermo son incapaces de detener su crecimiento bajo temperaturas excesivamente altas, lo que les conduce a la muerte.

“Descubrimos que la termoinhibición en Arabidopsis no está controlada de forma autónoma por el embrión, sino que es implementada por el endospermo, lo que revela una nueva función esencial para este tejido”, explica en un comunicado Urszula Piskurewicz, investigadora del Departamento de Ciencias Vegetales de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y primera autora del estudio. “En otras palabras, en ausencia de endospermo, el embrión dentro de la semilla no percibiría que las temperaturas son demasiado altas e iniciaría su germinación, lo que sería fatal”. (Lea: El consumo mundial de alimentos agregaría casi un grado al calentamiento global)

La inhibición térmica de la germinación es un nuevo ejemplo de la influencia de las variaciones climáticas en ciertos fenómenos cíclicos de la vida vegetal (germinación, floración, etc.). “Se espera que este rasgo tenga un impacto en la distribución de las especies y en la agricultura vegetal, y este impacto será mayor a medida que aumenten las temperaturas en todo el mundo”, informa Luis López-Molina, último autor del estudio.

Una mejor comprensión de cómo la luz y la temperatura desencadenan o retrasan la germinación de las semillas podría, en efecto, ayudar a optimizar el crecimiento de las plantas expuestas a una amplia gama de condiciones climáticas.

Las semillas cuentan con un termómetro interno que puede retrasar o incluso bloquear la germinación si las temperaturas son demasiado elevadas para la futura plántula, (planta en sus primeras fases de desarrollo).

Ese es el descubrimiento de un equipo suizo, dirigido por científicos de la Universidad de Ginebra (UNIGE), que puede ayudar a optimizar el crecimiento de las plantas en el contexto del calentamiento global. Estos resultados pueden leerse en la revista Nature Communications. (Lea: ¿Es posible que los países produzcan todos sus alimentos a nivel nacional?)

Las semillas recién formadas están latentes, es decir, son incapaces de germinar. Al cabo de unos días (o incluso meses, según la especie), las semillas despiertan y adquieren la capacidad de germinar durante la estación favorable para el crecimiento de las plántulas y la producción de nuevas semillas. Sin embargo, las semillas no latentes aún pueden decidir su destino. Por ejemplo, una semilla no latente sometida repentinamente a temperaturas excesivamente altas (superiores a 28°C) puede bloquear la germinación.

Este mecanismo de represión por la temperatura que permite una regulación muy fina es conocido con termoinhibición. En efecto, una variación de sólo 1 a 2°C puede retrasar la germinación de una población de semillas y aumentar así las posibilidades de supervivencia de las futuras plántulas. (Lea: Así es como las abejas utilizan su memoria para navegar y regresar a su colmena)

El grupo de Luis López-Molina, profesor del Departamento de Ciencias Vegetales de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, está interesado en el control de la germinación en Arabidopsis thaliana, una especie vegetal perteneciente a la familia de las Brassicaceae y utilizada como modelo en numerosos proyectos de investigación.

Para comprender los mecanismos de detección que permiten a las semillas desencadenar la termoinhibición, los científicos exploraron la pista de fenómenos ya descritos y bastante similares en plantas jóvenes (es decir, en una fase más avanzada de desarrollo).

En efecto, las plántulas también perciben los cambios de temperatura, y un ligero aumento de esta favorece el crecimiento del tallo. Esta adaptación es similar a la que se observa cuando una planta se encuentra a la sombra de otra: se alarga para escapar de la sombra y exponerse a la luz del sol, más favorable para la fotosíntesis. Estas variaciones son detectadas por una proteína sensible a la luz y a la temperatura, el fitocromo B, que normalmente actúa como freno del crecimiento vegetal. Un aumento de 1 a 2°C favorece la inactivación del fitocromo B, lo que lo hace menos eficaz para impedir el crecimiento. (Lea: Campañas de sensibilización podrían reducir el consumo de carne en estudiantes)

Para comprender si el fitocromo B también desempeña un papel en la termoinhibición durante la germinación, los autores examinaron las semillas para separar los dos tejidos su interior: el embrión (que dará lugar a la planta joven) y el endospermo (tejido nutritivo que también controla la germinación en la semilla de Arabidopsis). A diferencia de los embriones cultivados en contacto con el endospermo, los investigadores descubrieron que los embriones privados de su endospermo son incapaces de detener su crecimiento bajo temperaturas excesivamente altas, lo que les conduce a la muerte.

“Descubrimos que la termoinhibición en Arabidopsis no está controlada de forma autónoma por el embrión, sino que es implementada por el endospermo, lo que revela una nueva función esencial para este tejido”, explica en un comunicado Urszula Piskurewicz, investigadora del Departamento de Ciencias Vegetales de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y primera autora del estudio. “En otras palabras, en ausencia de endospermo, el embrión dentro de la semilla no percibiría que las temperaturas son demasiado altas e iniciaría su germinación, lo que sería fatal”. (Lea: El consumo mundial de alimentos agregaría casi un grado al calentamiento global)

La inhibición térmica de la germinación es un nuevo ejemplo de la influencia de las variaciones climáticas en ciertos fenómenos cíclicos de la vida vegetal (germinación, floración, etc.). “Se espera que este rasgo tenga un impacto en la distribución de las especies y en la agricultura vegetal, y este impacto será mayor a medida que aumenten las temperaturas en todo el mundo”, informa Luis López-Molina, último autor del estudio.

Una mejor comprensión de cómo la luz y la temperatura desencadenan o retrasan la germinación de las semillas podría, en efecto, ayudar a optimizar el crecimiento de las plantas expuestas a una amplia gama de condiciones climáticas.