El gen FT, el principal impulsor de la transición a la floración en las plantas cada primavera, tiene un pico de actividad cada mañana con antelación a ese periodo.
Es el hallazgo de un equipo dirigido por el profesor de Biología de la Universidad de Washington, Takato Oimaizumi, que no se había visto anteriormente en ‘Arabidopsis’, una planta modelo ampliamente estudiada para comprender los detalles de la transición a la floración. El pico matinal de la actividad de FT hace que las plantas hagan una transición más temprana del crecimiento vegetativo a la floración, de acuerdo con este estudio, publicado en Nature Plants.
«La investigación previa sobre la actividad de FT en ‘Arabidopsis’ mostró que hay un pico de actividad en la noche, no en la mañana», explica Imaizumi, autor principal del artículo. «Demostramos definitivamente que hay un pico de actividad matutina, y creemos que sabemos por qué este pico matutino no se vio previamente en el laboratorio de investigación», añade.
La investigación previa, que solo vio un pico de actividad en el gen, se realizó en plantas de ‘Arabidopsis’ cultivadas en interiores bajo luz fluorescente. Imaizumi y su equipo, que incluye investigadores en Suiza, Escocia, Corea del Sur y Japón, cultivaron sus plantas afuera, bajo la luz del sol.
Imaizumi quería hacer este experimento porque las condiciones en el solsticio de verano en Seattle (Estados Unidos), donde se encuentra su laboratorio, son similares a las de cultivo estandarizadas y artificiales de «día prolongado» para ‘Arabidopsis’: 16 horas de luz y ocho horas de oscuridad. «Siempre quise cultivar plantas al aire libre en condiciones similares al laboratorio solo para asegurarme de que lo que estamos viendo en el laboratorio con ‘Arabidopsis’ es realmente lo que está sucediendo en la naturaleza», relata Imaizumi.
Su equipo cultivó plantas de ‘Arabidopsis’ no transgénicas al aire libre durante cinco veranos consecutivos y las comparó con plantas cultivadas en interiores bajo condiciones artificiales de días largos. Las plantas al aire libre produjeron menos hojas que las plantas de interior, lo que indica que las plantas al aire libre florecieron antes. Tanto las plantas al aire libre como las de interior mostraron picos nocturnos de la actividad del gen FT, pero las plantas cultivadas al aire libre también exhibieron un pico matinal de actividad de FT.
LOS HALLAZGOS, UNA OPORTUNIDAD
Los investigadores llegaron a la conclusión de que las condiciones de crecimiento artificial en el interior perdían las cualidades clave de las condiciones naturales, perdiendo el rastro de la expresión del gen FT y el rasgo que rige. Cuando está activo, el gen FT produce una proteína que viaja desde las hojas hasta el meristemo apical del brote, el nicho de células madre en el brote que produce crecimiento sobre el suelo, y cambia el meristemo del crecimiento vegetativo al crecimiento floral.
Para identificar las diferencias entre las condiciones de crecimiento en interiores y exteriores, el grupo de Imaizumi se centró en la luz. Las lámparas fluorescentes comúnmente utilizadas en la investigación de ‘Arabidopsis’ no emiten las mismas longitudes de onda que la luz solar. Las bombillas fluorescentes, por ejemplo, generan menos luz a partir de longitudes de onda de rojo lejano.
En las parcelas de crecimiento exterior, la relación entre la longitud de onda de la luz roja y la longitud de onda del rojo lejano fue de 1 a 1, pero para las bombillas fluorescentes esta relación es superior a 2, lo que significa que emiten más luz roja que el rojo lejano. Cuando los investigadores agregaron una lámpara LED de color rojo lejano a las cámaras de crecimiento interior para imitar la luz exterior, las plantas de ‘Arabidopsis’ mostraron un pico matinal de actividad del gen FT.
Además, al modificar las temperaturas en las cámaras de crecimiento interiores para pasar de 16 grados Centígrados a casi 23 grados, la actividad del gen FT vespertino se redujo, similar a las plantas al aire libre. FT se ha estudiado en otras plantas, incluidas algunas plantas de cultivo, que también muestran picos matutinos de expresión de FT.
Sin embargo, la mayoría de las plantas comercialmente importantes son demasiado grandes o crecen muy lentamente para los estudios de ambiente controlado que se requieren para determinar los detalles celulares y genéticos de los rasgos de la planta. Es por eso que ‘Arabidopsis’, una hierba pequeña y de rápido crecimiento de la familia de la mostaza, se usa ampliamente como organismo modelo sustitutivo.
«La ‘Arabidopsis’ se ha estudiado durante décadas. Los investigadores establecieron sus condiciones de cultivo en interiores lo mejor que pudieron, con el equipo, el tiempo y la financiación, y pasaron esas condiciones a los científicos que entrenaron», explica Imaizumi.
El investigador comenta que los científicos tienen que cambiar esas condiciones para que lo que encuentren en el laboratorio refleje la naturaleza más de cerca. «Si vemos un cambio en la floración al hacer estas pequeñas alteraciones, me imagino que otros rasgos también cambiarán», dice. Sus resultados iluminan un camino para que los investigadores de plantas adopten condiciones de crecimiento artificial que reflejen con más precisión las condiciones de crecimiento naturales.
«Mostramos que solo se necesitan unas simples modificaciones a las condiciones artificiales de crecimiento, que los investigadores utilizan en todo el mundo, para que la investigación de ‘Arabidopsis’ y otras plantas en el laboratorio imiten con precisión las condiciones de crecimiento al aire libre –apunta Imaizumi–. Esto asegura que los descubrimientos realizados en el laboratorio serán más comparables a lo que son los procesos biológicos, a nivel celular y molecular, en otras plantas de interés en la naturaleza».
