Plantas quiméricas – lo mejor de ambos mundos
Las patatas fritas de huevo quimérico & (foto izquierda) y las plantas de TomTato (foto derecha) son injertos que involucran especies estrechamente relacionadas. Otras quimeras pueden ser posibles si el injerto se puede aplicar de manera más general.
FOTO: THOMPSON & MORGAN
El corte del brote de una planta (el vástago) y la unión, o injerto, a otra (el portainjerto) ha sido una práctica de los cultivadores durante milenios. Los organismos quiméricos resultantes han permitido la propagación de frutas y verduras con las características deseadas, el control del tamaño de los árboles para facilitar la cosecha de frutas y la preservación de vástagos de cultivares de vino de élite en portainjertos resistentes a la filoxera, un insecto destructivo. La mayoría de las especies de plantas se injertan a sí mismas, algunas a especies estrechamente relacionadas, pero rara vez las plantas se injertan con éxito a parientes más distantes (1). En la página 698 de este número, Notaguchi et al. (2) identificar una actividad enzimática clave que promueva el establecimiento de injertos entre la planta de tabaco Nicotiana benthamiana y una amplia gama de especies. Demuestran que dos especies incompatibles pueden ser injertadas usando tejido de N. benthamiana como intersción. Esto podría ampliar sustancialmente las combinaciones de especies con las que es posible generar quimeras.
La compatibilidad entre dos especies depende del establecimiento de una unión exitosa del injerto en los límites del corte y la supervivencia extendida de la planta injertada compuesta. En contraste con otras interacciones compatibles-incompatibles, como el reconocimiento del polen como uno mismo o no uno mismo por los órganos florales femeninos, todavía no hay evidencia de un mecanismo de reconocimiento específico entre los componentes del injerto. Sin embargo, es fundamental que las células en las superficies cortadas comiencen a adherirse entre sí, que las células en el límite se dividan y crezcan, y que la vasculatura, necesaria para el transporte de agua, nutrientes y moléculas de señalización a larga distancia desde las raíces hasta las partes aéreas de la planta, se vuelva a conectar (1). Notaguchi et al. implicar a una celulasa específica en la promoción de la adhesión celular-celular. Cómo la celulasa podría facilitar este proceso fisiológico es una pregunta pendiente.
Las celulasas actúan para digerir la celulosa, el principal componente de andamiaje de las paredes celulares de las plantas (3), y esto podría permitir la remodelación y fusión de microfibrillas de celulosa entre las paredes celulares de la vasculatura u otros tipos celulares entre el vástago y el patrón. Otra posibilidad es que la degradación de la celulosa desencadene mecanismos de vigilancia de la integridad de la pared celular, promoviendo así la biosíntesis de la pared celular (3). Aunque las paredes celulares de diferentes especies de plantas pueden tener composiciones muy diferentes (3), la celulosa siempre es un componente, lo que podría explicar por qué una actividad enzimática dirigida a la celulosa como su sustrato parece facilitar la compatibilidad entre especies taxonómicamente distantes.
La capacidad de hacer injertos entre plantas de la misma especie abrió el campo de la señalización a larga distancia en la investigación de plantas, porque las proteínas móviles, los ARN mensajeros (ARNm) y los ARN pequeños se identificaron como moléculas de señalización (1). Originada en portainjertos, la hormona vegetal florigen fue identificada como un factor que promueve la floración y la estrigolactona como una hormona vegetal que promueve la ramificación. El mecanismo por el cual el silenciamiento del ARN se propaga sistémicamente se dilucidó con injertos (1). Los injertos también permiten el estudio de interacciones de por vida entre genomas de diferentes especies de plantas, cómo la arquitectura de los sistemas radiculares puede afectar el vigor y la salud de las plantas, y el diseño de nuevas especies de cultivos. Ejemplos de éxito comercial de injertos incluyen el TomTato, una planta que produce papas a partir de la raíz y tomates por encima del suelo, y las papas fritas de huevo &, un vástago de berenjena en un patrón de patata (4) (ver las fotos). Los tomates, las berenjenas y las patatas, junto con el tabaco, pertenecen a la misma familia, las solanáceas, y por lo tanto son susceptibles de injerto naturalmente.
Notaguchi et al. demostrar que los vástagos o portainjertos de N. benthamiana pueden injertarse en semillas de soja y crisantemos filogenéticamente distantes, así como en representantes de 38 familias de plantas con flores (angiospermas). Al ampliar las combinaciones de especies que se pueden utilizar como vástagos y portainjertos, la tecnología de injertos podría producir quimeras entre parientes lejanos que contribuyen a una huella agrícola más sostenible y ayudan a preservar la biodiversidad.
Múltiples factores estresantes bióticos y abióticos están aumentando con el cambio climático, lo que exacerba la brecha de rendimiento, la diferencia entre el rendimiento teórico y real, para muchos cultivos agronómicos y vegetales. Los portainjertos resistentes a la sequía o a patógenos o tolerantes a la sal, ya sea naturalmente o genéticamente modificados, podrían ampliar la gama creciente de cultivares deseados. La capacidad de injertar a través de una amplia gama de eudicots (una de las dos clases de plantas con flores) proporciona una herramienta para compilar rasgos de tolerancia entre especies: Tales rasgos son multigénicos y, por lo tanto, no se abordan fácilmente mediante la ingeniería de uno o varios transgenes. Las diferencias genéticas en la resistencia de las especies de árboles al estrés hídrico o térmico harán que algunas especies sean particularmente vulnerables en la escala temporal prevista del cambio climático (5). Se podrían utilizar portainjertos robustos para preservar las especies en riesgo en un período de tiempo más corto que el que podrían lograr los programas de reproducción.
La familiaridad y la facilidad, junto con la automatización del proceso para especies compatibles, han hecho que la aceptación de la tecnología de injerto por parte del cultivador sea una estrategia atractiva para aumentar los rendimientos y la calidad del producto, y para cultivar frutas y verduras en nuevos entornos. El injerto es también una técnica de propagación vegetativa asexual que podría eludir las restricciones actuales para los organismos modificados genéticamente (OMG) (6). Por ejemplo, el injerto en portainjertos modificados genéticamente para superar la susceptibilidad a enfermedades transmitidas por el suelo de un cultivar de vástago podría superar los obstáculos reglamentarios porque los frutos resistentes a la enfermedad no han sido modificados genéticamente (7). El portainjerto podría modificarse para producir ARN pequeños que se propaguen sistémicamente para silenciar la expresión génica en el vástago, modificando así indirectamente las características de las partes aéreas de la planta (6). De manera similar, los vástagos modificados genéticamente podrían mejorar la productividad de los cultivares convencionales de raíces o tubérculos, como la papa y la yuca. Estas plantas tras-injertadas tienen el potencial de abordar las preocupaciones sobre el flujo o escape de transgénicos de productos transgénicos (8).
Un problema técnico clave pendiente es el fracaso del injerto para especies monocotiledóneas (la otra clase de plantas con flores además de las eudicotas). El trigo, el arroz y el maíz proporcionan dos tercios de las calorías humanas mundiales (9). La vasculatura de estas y otras monocotiledóneas difiere de la de todas las otras plantas con flores, y los injertos entre monocotiledóneas y eudicotiledóneas pueden fallar debido a incompatibilidades anatómicas en la reconexión de la vasculatura del floema y el xilema. La planta parásita Striga es una eudicota que invade con éxito y se conecta a la vasculatura del arroz. Por lo tanto, elucidar los mecanismos naturales del parasitismo puede proporcionar información útil (1). Sin embargo, los vástagos de monocotiledóneas tampoco logran injertarse con éxito en portainjertos de monocotiledóneas. Comprender y superar esta limitación es importante para proteger la futura seguridad alimentaria mundial.
Plantas de straddle dos mundos, con sus raíces en un mundo de tierra y agua, y sus partes aéreas en un mundo de la luz y el aire. En el Antropoceno actual, una técnica antigua, informada por un nuevo entendimiento mecanicista, puede ayudar a las plantas y a los humanos a sacar lo mejor de ambos mundos.
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