Un estudio descubre los secretos de la regeneración vegetal

Investigadores japoneses han descubierto cómo el gen WOX13 controla negativamente el destino de las células vegetales en regeneración y cómo puede afectar a la eficacia de la regeneración de los brotes. Los resultados, publicados en la revista 'Science Advances', demuestran que la alteración selectiva de WOX13 puede mejorar significativamente la eficacia de la regeneración de brotes, allanando el camino para futuros avances biotecnológicos.

Las plantas tienen la capacidad única de regenerarse por completo a partir de una célula somática, es decir, una célula ordinaria que no suele participar en la reproducción. Este proceso implica la formación de novo (o nueva) de un meristemo apical de brote (SAM) que da lugar a los órganos laterales, clave para la reconstrucción de la planta.

A nivel celular, la formación del SAM está estrechamente regulada por reguladores positivos o negativos (genes/moléculas proteicas) que pueden inducir o restringir la regeneración de los brotes, respectivamente. Pero, no se sabe qué moléculas están implicadas y si existen otros estratos reguladores aún por descubrir.

Para buscar respuestas a estas preguntas, un grupo de investigación dirigido por el Instituto de Ciencia y Tecnología de Nara (NAIST), Japón, estudió el proceso en Arabidopsis, una planta utilizada habitualmente en la investigación genética.

Su investigación identificó y caracterizó un regulador negativo clave de la regeneración de brotes. Demostraron cómo el gen WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX 13 (WOX13) y su proteína pueden promover la función no meristemática (no división) de las células callosas actuando como represor transcripcional (a nivel de ARN), lo que repercute en la eficacia de la regeneración.

"La búsqueda de estrategias para mejorar la eficacia de la regeneración de brotes en las plantas viene de lejos. Pero el progreso se ha visto obstaculizado porque los mecanismos reguladores relacionados no han estado claros. Nuestro estudio llena este vacío al definir una nueva vía de especificación del destino celular", explica Momoko Ikeuchi, investigadora principal de este estudio.

Estudios anteriores de su equipo ya habían establecido el papel de WOX13 en la reparación de tejidos y la adhesión de órganos tras un injerto. Por ello, primero probaron el papel potencial de este gen en el control de la regeneración de brotes en un mutante wox13 de Arabidopsis (planta con WOX13 disfuncional) utilizando un sistema de cultivo de tejidos en dos pasos.

Los análisis fenotípicos y de imagen revelaron que la regeneración de los brotes se aceleraba (3 días más rápido) en las plantas que carecían de WOX13, y se ralentizaba cuando se inducía la expresión de WOX13. Además, en plantas normales, WOX13 mostró niveles de expresión localmente reducidos en SAM. Estos resultados sugieren que WOX13 puede regular negativamente la regeneración de los brotes.

Para validar sus hallazgos, los investigadores compararon los mutantes wox13 y las plantas de tipo salvaje (normales) utilizando secuenciación de ARN en múltiples puntos temporales. La ausencia de WOX13 no alteró considerablemente la expresión génica de Arabidopsis en condiciones de inducción de callo.

Sin embargo, las condiciones de inducción de brotes aumentaron significativamente las alteraciones inducidas por la mutación wox13, dando lugar a una regulación al alza de los genes reguladores del meristemo de los brotes. Curiosamente, estos genes se suprimieron a las 24 horas de la sobreexpresión de WOX13 en las plantas mutantes.

En general, descubrieron que WOX13 inhibe un subconjunto de reguladores del meristemo del brote mientras que activa directamente genes modificadores de la pared celular implicados en la expansión celular y la diferenciación celular. La posterior secuenciación de ARN unicelular basada en Quartz-Seq2 (scRNA-seq) confirmó el papel clave de WOX13 en la especificación del destino de las células pluripotentes del callo.

Este estudio destaca que, a diferencia de otros reguladores negativos conocidos de la regeneración de brotes, que sólo impiden el cambio de callo a SAM, WOX13 inhibe la especificación de SAM promoviendo la adquisición de destinos alternativos.

Consigue esta inhibición a través de un circuito regulador mutuamente represivo con el regulador WUS, promoviendo el destino celular no meristemático mediante la inhibición transcripcional de WUS y otros reguladores de SAM y la inducción de modificadores de la pared celular. De este modo, WOX13 actúa como un importante regulador de la eficacia de la regeneración.

"Nuestros hallazgos muestran que la eliminación de WOX13 puede promover la adquisición del destino de brote y mejorar la eficiencia de la regulación de brotes. Esto significa que la eliminación de WOX13 puede servir como herramienta en agricultura y horticultura e impulsar la regeneración de brotes de novo mediada por cultivo de tejidos", concluye Ikeuchi.