La mayoría de tus flores favoritas son mutantes

author
8 minutes, 44 seconds Read

Si alguna vez has comprado una rosa en una tienda, has comprado un mutante. A lo largo de la historia, la gente se ha encontrado, admirado y desconcertado por las flores mutantes. El filósofo griego Teofrasto describió las flores dobles en rosas hace más de 2000 años. Desde entonces, las flores dobles como rosas, peonías, geranios, caléndulas y garnaciones se han vuelto buscadas y valoradas como plantas de jardín.

 flor blanca
Una flor de doble flor. Foto de StacyK, de Flickr y Wikimedia Commons.

Ahora sabemos que todas estas flores (y muchas más) son mutantes genéticos. Los pétalos adicionales que codiciamos son en realidad órganos sexuales mutados. Nos ha llevado miles de años pasar de las observaciones de Teofrasto a una comprensión científica de cómo estas flores se volvieron tan hermosas.

A finales del siglo XVIII, el escritor y poeta alemán Goethe reconoció que los mutantes podían usarse para estudiar cómo se desarrollaban las flores. Goethe había desarrollado un interés por la botánica mientras servía en la corte de Weimar, y más tarde mientras observaba diferentes tipos de flora en Italia a finales de la década de 1780. Llegó a creer que había una sola parte del cuerpo unificador de cada planta, la hoja, que expuso en su documento seminal de 1790, » La metamorfosis de las plantas.»

Abre cualquier flor y podrás ver de dónde sacó Goethe esta idea. La mayoría de las flores contienen cuatro círculos concéntricos de órganos anidados, que llamamos verticilos. Puede identificar qué órgano está mirando en función de su posición dentro de este plano. De verticilo exterior a verticilo interior, los órganos son: sépalos (generalmente verdes y con forma de hoja), pétalos (típicamente vistosos y atractivos), estambres (los órganos reproductores masculinos y productores de polen) y, finalmente, carpelos (los órganos reproductores femeninos). Los carpelos contienen huevos, y después de la fertilización crecen en frutos que rodean las semillas.

 anatomía de las flores
Las partes de una flor. Laura Aškelovičiūtė

Basándose en sus observaciones de rosas dobles, Goethe propuso que las diversas partes de las flores eran todas equivalentes, lo que explicaba por qué los órganos se convertían tan fácilmente entre sí. Los biólogos tuvieron reacciones diversas a la teoría de Goethe. Mientras que algunos lo aclamaban como el padre de la morfología, otros creían que estaba tratando de doblar artificialmente la naturaleza para ajustarse a sus puntos de vista.

Llevó casi 200 años verificar experimentalmente sus teorías sobre el desarrollo de órganos florales a nivel genético. Pero los científicos no usaban rosas para hacerlo. Se convirtieron en una hierba común al borde de la carretera.

En 1873, Alexander Braun describió un mutante de «doble flor» en la planta común Arabidopsis, también conocida como berro de thale. En la década de 1980, los científicos se dieron cuenta de que la planta era perfecta para el estudio genético gracias a su pequeño genoma, su corto tiempo de generación, su habilidad para mutar fácilmente y su capacidad para tomar y expresar ADN extraño.

Arabidopsis mutante con fenotipo de «doble flor». Foto de Daniel Ocampo de Flickr y Wikimedia Commons.

Gracias al trabajo realizado con Arabidopsis thaliana y Antirrhinum majus en la década de 1980, finalmente obtuvimos una respuesta a la pregunta que Goethe había comenzado a hacer siglos antes: ¿por qué las flores se ven como lo hacen? Ahora sabemos que cuatro clases de genes se superponen para formar los cuatro órganos florales diferentes. Las transformaciones de órganos ocurren porque cada identidad de órgano en una flor está especificada por la presencia de combinaciones particulares de proteínas. Cambia las combinaciones, cambia los órganos creados.

La investigación sobre Arabidopsis thaliana en un artículo seminal publicado en 1991 profundizó nuestra comprensión de cómo se desarrollan las flores normales y anormales. El conocido modelo ABC surgió de este artículo, marcando el comienzo de un campo de estudio que vincula la genética y el desarrollo en las flores.

Cuando los investigadores probaron diferentes versiones de mutaciones en los cuatro genes, encontraron una espectacular variedad de cambios físicos en los órganos de la flor. En una mutación, los sépalos se desarrollaron como carpelos u hojas y los pétalos se desarrollaron como estambres. Dos versiones de mutaciones en un gen causaron que los pétalos se desarrollaran como sépalos y los estambres como carpelos. Otras dos mutaciones en un tercer gen causaron que los estambres se desarrollaran como pétalos, y que una flor completamente nueva se desarrollara en lugar de los carpelos.

Con base en los datos recogidos de sus líneas mutantes individuales, los autores propusieron un modelo en el que los sépalos estaban formados solo por genes de la clase A, los pétalos por una superposición de genes A y B, los estambres por genes B y C, y los carpelos por C solo.

Órganos florales y las clases de genes que los definen, adaptado de (Bowman, 1991). En los ejemplos de mutantes dobles y triples, la presencia de órganos adicionales representa el crecimiento de una flor adicional desde el centro. Claire Meaders

Usando este modelo, predijeron lo que verían si fabricaban plantas con mutaciones en múltiples clases de genes. Cruzaron plantas con diferentes mutaciones juntas, generando lo que se llama líneas mutantes «dobles» o «triples». Esas líneas mutantes confirmaron que los genes funcionan a través de verticilos. Sin los genes B y C, solo se expresan los genes A y todos los verticilos de una flor se desarrollan como sépalos. Sin los genes A y C no hay genes de identidad floral en el verticilo exterior, por lo que solo hay hojas, no hay pétalos. Tener solo genes B conduce al desarrollo de pétalos/estambres híbridos en el segundo y tercer verticilo La ausencia de genes C conduce a la iniciación de otra flor en el cuarto verticilo en lugar del carpelo. Basándose en sus resultados, los autores concluyeron que estos genes son esenciales para la identidad de órganos en las flores.

Con el tiempo, diferentes linajes de flores han hecho ajustes y ajustes en el plan corporal. Pero el modelo ABC todavía se ajusta a las 300,000 especies de plantas con flores que existen hoy en día, incluso las que se han apartado radicalmente del plan básico.

La planta que estudio, la aguileña (Aquilegia), tiene cinco verticilos en lugar de cuatro. Desarrolló un verticilo adicional con un tipo diferente de órgano, el estaminodio, entre los estambres y los carpelos.

Imagen de microscopía electrónica de barrido de un capullo disecado. Sépalos, pétalos y todos menos tres estambres han sido eliminados. Los órganos mostrados son un verticilo de estaminodia que rodea el verticilo de carpelos en Aquilegia. Imagen SEM de Claire Meaders

En Aquilegia, las duplicaciones en los genes de clase B permitieron que múltiples copias de un gen B dividieran el trabajo, desarrollando una nueva función. Tradicionalmente, los genes B se expresan en pétalos y verticilos de estambre. En Aquilegia, una copia de los genes B se expresa principalmente en los pétalos, una copia es específica del estambre, y una copia se dejó para crear un nuevo verticilo, el estaminodio.

Imagen de microscopía electrónica de barrido de un verticilo de estaminodia en Aquilegia. Imagen SEM de Claire Meaders

Desde filósofos antiguos hasta poetas del siglo XVIII hasta hoy, hemos recorrido un largo camino para comprender cómo se desarrollan las flores. Ha sido especialmente fascinante para mí aprender cómo las mutaciones en este único plan corporal universal, que a su vez fue heredado de los conos, conducen a la increíble diversidad en forma floral que vemos hoy en día. Sin embargo, todavía tenemos mucho que aprender. Sospecho que los próximos 30 años de investigación en biología vegetal revelarán conexiones completamente nuevas entre la belleza que tanto admiramos y el código genético que yace debajo.

  • Bowman, JL., Smyth, DR., Meyerowitz, EM. 1989. Genes Que Dirigen el Desarrollo de las Flores en Arabidopsis. La Célula Vegetal. 1(1), 37-52. http: / / dx. doi. org/ 10. 1105 / tpc. 1. 1. 37
  • Bowman, JL., Smyth, DR., Meyerowitz, EM. 2012. The ABC model of flower development: then and now (en inglés). Desarrollo. 139, 4095-4098 doi:10.1242/dev.083972
  • Coen, E., Meyerowitz EM. 1991. The war of the whorls: genetic interactions controlling flower development (en inglés). Naturaleza. 353, 31-37. doi: 10.1038 / 353031a0
  • Coen, E. 1999. El Arte de los Genes: Cómo Se Hacen Los Organismos. Oxford University press. 61.
  • Coen, E. 2001. Goethe and the ABC model of flower development (en inglés). C R Acad Sci III.324(6), 523-530. https://doi.org/10.1016/S0764-4469(01) 01321-X
  • Goethe, JWV. Traducido por Arber, A. 1946. Goethe’s Botany: The Metamorphosis of Plants (1790). Chronica botanica.
  • Dornelas, MC., Dornelas O. 2005. From leaf to flower: revisiting Goethe’s concepts on the «metamorphosis of plants»(en inglés). Revista Brasileña de Fisiología Vegetal. 17(4). http://dx.doi.org/10.1590/S1677-04202005000400001
  • Litt, A., Kramer E. 2010. El modelo ABC y la diversificación de la identidad de los órganos florales. Seminarios en Biología del Desarrollo Celular &. 21(1), 129-137. https://doi.org/10.1016/j.semcdb.2009.11.019
  • Melzer, R., Wang YQ., Theißen, G. 2010. The naked and the dead: The ABCs of gymnosperm reproduction and the origin of the angiosperm flower (en inglés). Seminarios en Biología del Desarrollo Celular &. 21(1), 118-128. https://doi.org/10.1016/j.semcdb.2009.11.015
  • Meyerowitz, EM. 2001. Prehistory and History of Arabidopsis Research (en inglés). Fisiología Vegetal. 125(1), 15-19. http: / / dx. doi. org/ 10. 1104/ p 125. 1. 15
  • Sharma, B., Kramer, E. 2012. La sub y neofuncionalización de los paralogos de APETALA3 han contribuido a la evolución de la novedosa identidad de órganos florales en Aquilegia (columbine, Ranunculaceae). 197(3), 949-957. http://dx.doi.org/10.1111/nph.12078
  • Theißen, G., Becker, A. 2004. Ortólogos de Gimnospermas de Genes Homeóticos Florales de Clase B y Su Impacto en la Comprensión del Origen de las Flores. Revisión Crítica en Ciencias de las Plantas. 23 (2), 129-148. http://dx.doi.org/10.1080/07352680490433240
  • Teofrasto. Enquiry into Plants, Volume II: Books 6-9. Sobre Olores. Señales Meteorológicas. Traducido por Arthur F. Hort. Loeb Classical Library 79. 1916. Cambridge, MA: Harvard University Press, 1916. http://dx.doi.org/10.4159/DLCL.theophrastus-enquiry_plants.

Similar Posts

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.