El hecho de que una raíz pueda continuar creciendo sin reconstruir su estructura original durante la regeneración fue un hallazgo novedoso
Un equipo de investigación dirigido por el científico del CONICET Javier Palatnik, perteneciente al Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario (IBR, CONICET – UNR), realizó un importante descubrimiento sobre el proceso de regeneración en plantas, que fue publicado recientemente en la revista Nature Plants y destacado en su sección News & Views. Este avance resulta relevante porque la capacidad de regeneración es una de las principales limitaciones para mejorar las plantas mediante técnicas de edición génica.
El equipo de Palatnik logró identificar el mecanismo molecular que regula la regeneración de las raíces dañadas, gracias a un diseño experimental preciso y la utilización de avanzadas técnicas bioquímicas y de microscopía de fluorescencia. La investigación se realizó íntegramente en Arabidopsis thaliana, una especie modelo en biología vegetal, con la intención de desarrollar herramientas agrobiotecnológicas que permitan generar plantas completas a partir de unas pocas células.
El investigador explicó que, aunque actualmente modificar genes en plantas es un proceso relativamente sencillo, la dificultad surge al intentar obtener una planta entera y fértil a partir de esas primeras células modificadas, ya que muchas especies de cultivos con valor agronómico son difíciles de regenerar. Este desafío ha generado un fuerte interés por parte de empresas líderes en agrobiotecnología que buscan facilitar la regeneración para acompañar procesos de edición génica.
Los estudios revelaron que la regeneración en las raíces se define mediante un sistema de dos componentes moleculares. Uno de estos componentes son las proteínas conocidas como factores reguladores del crecimiento (GRFs), encargadas de regular la expresión de genes involucrados en el desarrollo de hojas, tallos y raíces. El otro componente es un microARN denominado miR396, una pequeña molécula de ácido nucleico que interactúa con los GRFs para determinar su presencia y abundancia.
Desde 2005, Palatnik y su equipo fueron pioneros en el estudio de este sistema, consiguiendo que sus investigaciones resultaran en tres patentes reconocidas y otorgadas en países como Estados Unidos y China. Dichas patentes fueron transferidas al sector privado y se encuentran en distintas etapas de aplicación. La primera patente demostró que el sistema de GRFs podía utilizarse para incrementar la biomasa de las plantas y mejorar su tolerancia a la sequía. Posteriormente, desarrollaron una patente de biología sintética que consistía en una proteína quimérica que fusiona un GRF con otra proteína que potencia su efecto promotor del crecimiento, conocida como quimera GRF-GIF. La patente más reciente, realizada en colaboración con la Universidad de California en Davis, estableció que esta quimera funciona como un estimulador de la regeneración en plantas, con exitosas pruebas realizadas en trigo.
Aunque estos avances son prometedores, Palatnik advierte que la quimera no es un estimulador universal y que aún es necesario perfeccionarla y comprender mejor su funcionamiento para desarrollarla de manera más eficiente en distintas especies. Esto podría abrir la puerta a nuevas versiones agrobiotecnológicas más potentes y universales.
La motivación por superar estas limitaciones llevó al grupo de investigación a trabajar intensamente en estudios de microscopía de fluorescencia y experimentos realizados con equipamiento avanzado en la Universidad de Heidelberg, Alemania. Los resultados demostraron que la interacción del microARN con los GRFs regula la manera en que se dividen las células después de la amputación de la punta de la raíz, determinando la velocidad y eficacia de la regeneración. Este sistema se encuentra activo en condiciones normales y contribuye a definir la estructura de la raíz.
Julia Baulies, becaria posdoctoral del CONICET y primera autora del trabajo, explicó que la capacidad de la raíz para crecer continuamente en longitud se debe a una estructura denominada centro quiescente, formada por células madre que se dividen muy lentamente. Según Baulies, el microARN 396 se expresa en esta zona y mantiene excluidos a los GRFs, estableciendo un equilibrio entre una zona generativa con células que proliferan poco y una zona de proliferación donde las células se dividen en mayor medida. Durante el proceso de regeneración, ese balance debe ser restablecido.
El equipo de investigación llevó a cabo cortes precisos en la raíz y analizó cómo se activan los genes en células individuales tras la lesión. Las raíces de Arabidopsis, debido a su pequeño tamaño y transparencia, permitieron a los científicos trabajar con técnicas avanzadas de microscopía y seguimiento con colores fluorescentes. Este enfoque requirió una gran preparación y habilidades metodológicas específicas para manejar la muestra, realizar cortes con precisión e interpretar los resultados.
Los investigadores determinaron que, tras cortar la punta de una raíz, pueden observarse dos tipos de estructuras en el proceso de regeneración: el “estado cerrado”, donde las células madre se agrupan en un nicho definido como ocurre en una raíz normal, y el “estado abierto”, donde las células madre permanecen dispersas. Si la actividad de los genes GRF aumenta, las raíces logran alcanzar más rápidamente el estado cerrado. En cambio, si la actividad de estos genes es menor, las raíces permanecen en estado abierto, aunque esto no les impide seguir creciendo.
El hecho de que una raíz pueda continuar creciendo sin reconstruir su estructura original durante la regeneración fue un hallazgo novedoso, que abre la puerta a nuevas investigaciones y aplicaciones en el ámbito agrobiotecnológico. Según Palatnik, comprender este mecanismo permitirá desarrollar herramientas más eficaces para regenerar plantas de manera más eficiente y potenciar su aplicación en especies de interés agronómico.