Pepinos espaciales revelan secretos de la supervivencia de las plantas

Usando células especializadas, pueden sentir la gravedad y redistribuir las hormonas, llamadas auxinas, para estimular el crecimiento y permitir que las características vitales de la planta se desarrollen. Sin embargo, un gran enigma es cómo este proceso de transporte se produce a nivel celular. Para obtener más información, investigadores japoneses examinaron las plántulas de pepino germinadas bajo las muy débiles condiciones de gravedad o microgravedad de la Estación Espacial Internacional.

Los pepinos fueron elegidos para el estudio, ya que - al igual que otras plántulas "cucurbitáceas" como melones, calabazas y calabazas - presentan protuberancias especializadas, o clavijas, cuya formación está regulada por la gravedad. Estas clavijas se forman durante la fase de crecimiento temprano de la planta para ayudar a las plántulas emergen de su capa dura de la semilla y anclan la planta que se convierte en el suelo mientras que sus raíces forman.

Cuando las semillas se colocan antes de la germinación, bien en posición vertical con sus raíces embrionarias apuntando hacia abajo, bien sometidas a condiciones de microgravedad, se desarrolla una espiga en cada lado, explica Hideyuki Takahashi, miembro del Laboratorio de Biología de Adaptación y Espacio de la Universidad de Tohoku Escuela de Posgrado de Ciencias de la Vida. Pero cuando se colocan horizontalmente en el suelo, la formación de clavijas en la parte superior se suprime en respuesta a la gravedad.

En esta última ronda de trabajo, reportada en la revista Nature Microgravity y utilizando muestras cultivadas a bordo de la Estación Espacial Internacional, Takahashi y su equipo destacan la valiosa contribución de la proteína CsPIN1 sensible a la gravedad para este proceso. El papel de la proteína en facilitar el transporte de las hormonas del crecimiento había sido sugerido por primera vez en experimentos anteriores realizados en la Tierra.

Para obtener mayor información, los investigadores cargaron semillas de pepino en envases especialmente diseñados, que fueron enviados a la estación espacial. En este caso, la espuma plástica absorbente de agua en el recipiente fue irrigada y las plántulas ahora germinantes se hicieron crecer en el compartimiento de microgravedad del experimento de biología celular durante 24 horas. A continuación, las plántulas de pepino fueron, o mantenidas en microgravedad, o gravi-estimuladas aplicando una fuerza centrífuga de 1 g durante otras dos horas.

Uno de los grandes retos que afrontó el equipo fue encontrar un fijador adecuado para "congelar" el estado de las plántulas germinadas en la estación espacial para que las muestras pudieran ser analizadas en detalle en la Tierra. Las normas de seguridad de la estación espacial prohibieron el uso de la solución estándar de fijación de etanol, cloroformo y ácido acético, pero después de muchas pruebas, los científicos desarrollaron una alternativa basada en una mezcla de ácido acético, etanol y agua destilada.

Reunidos con sus plántulas de pepino, los investigadores japoneses utilizaron una técnica de tinción para identificar los cambios en el comportamiento celular inducida por gravi-estimulación. Examinando secciones transversales de las plántulas bajo un microscopio, los científicos descubrieron que la proteína CsPIN1 (destacada durante el proceso de tinción) puede reubicarse bajo la influencia de la gravedad.

Específicamente, se encontró que este cambio en la posición de la proteína se producía en la denominada zona de transición de la plántula de pepino -el área entre el tallo y las raíces- donde se desarrollan las espigas. Es más, parece que este comportamiento estimula la formación de un canal celular capaz de transportar las hormonas de crecimiento de un lado de esta zona al otro.

"Este resultado ayuda a explicar la disminución regulada por gravedad en el nivel de auxina y por lo tanto la supresión de la formación de clavijas en la parte superior de las plantas de pepino de crecimiento horizontal", añade Takahashi.

En pocas palabras, estos hallazgos apuntan hacia el mecanismo mediante el cual las semillas son capaces de activar y desactivar el crecimiento de sus clavijas de anclaje en relación con su orientación con respecto a la gravedad. Y, como resultado, aumentar sus posibilidades de supervivencia.

El trabajo representa otro paso adelante en la comprensión de la vida de las plantas, señala la Universidad de Tohoku en un comunicado.