La arquitectura vegetal es el resultado de varios procesos de desarrollo sucesivos que se pueden clasificar en dos eventos: organogénesis y extensión.
por el Instituto Leibniz de Genética Vegetal e Investigación de Plantas Cultivadas
La organogénesis surge de los meristemas (células madre) que dan lugar a diferentes tipos de órganos (p. ej., hojas y flores) y yemas axilares, además de los entrenudos subyacentes. Estos órganos forman una unidad funcional llamada fitómero. Se repite y se extiende durante varias rondas hasta que el vértice aborta o termina en una estructura especializada.
En este contexto, el eje principal del cuerpo de la cebada representa una segmentación continua de fitómeros en la que tanto los órganos vegetativos como los reproductivos coexisten en extremos opuestos. Sin embargo, aún no se comprende bien cómo se coordinan la iniciación y el alargamiento del fitómero. Por lo tanto, un equipo de investigación investigó sistemáticamente la iniciación y el alargamiento de los fitómeros centrándose en el número de nodos y la longitud de los entrenudos en los culmos vegetativos y las espigas reproductivas de la cebada.
«Al medir 15.000 puntos de datos que representan la longitud y el número de fitómeros de 2.500 plantas de cebada individuales de amplia diversidad genética, hemos descubierto un patrón universal de elongación de entrenudos a lo largo del eje principal no reconocido previamente», explica el Dr. Yongyu Huang, primer autor del estudio publicado en Biología Molecular y Evolución .
«El patrón de elongación de los entrenudos divide claramente el eje principal del cuerpo en tres subzonas desde la cabeza hasta la cola, independientemente del número de fitómeros», dice Huang. «Denominamos a estas tres subzonas entrenudos proximales, centrales y distales, respectivamente, y pudimos diseccionar explícitamente cada una de sus composiciones genéticas».
En su trabajo, los investigadores pudieron identificar loci genómicos nuevos y conocidos que afectan el alargamiento de los entrenudos de la cebada. Un ejemplo sorprendente es el gen del tiempo de floración PHOTOPERIOD1, que se reutiliza para especificar la longitud del entrenudo proximal a través de la vía del ácido giberélico (GA). GA es una hormona necesaria para el alargamiento de los entrenudos.
En la década de 1960, las mutaciones genéticas «semi-enanas» de la Revolución Verde que modificaron el sistema hormonal GA redujeron la altura de las plantas tanto de trigo como de arroz, lo que les permitió cultivarse en densidades de siembra más altas y al mismo tiempo evitaron el acame.
«Sin embargo, una importante desventaja ambiental de la introducción de cultivares semienanos fue el alto uso de fertilizantes químicos para mantener la fertilidad de las inflorescencias cuando se reduce la biomasa», dice Huang. Hoy en día, todavía se considera que la cebada es menos tolerante al acame. «Nuestro estudio muestra que los entrenudos proximales más cortos se asocian con una mayor supervivencia de los órganos florales».
Esto sugiere que al reasignar recursos de los entrenudos proximales a los órganos florales durante las primeras etapas de desarrollo, es probable que se mantenga la fertilidad de la inflorescencia mientras se reduce al tamaño medio, evitando así el acame.
Además, los investigadores descubrieron que diferentes poblaciones de cebada adaptadas localmente exhiben diferentes longitudes de entrenudos proximales, mientras que los distales siguen siendo los mismos. «En las comunidades de plantas , un dosel denso puede dar lugar a microclimas distintos de proximal a distal», afirma el Prof. Dr. Thorsten Schnurbusch, jefe del grupo de investigación de Arquitectura Vegetal del IPK y profesor de Genética del Desarrollo de Plantas de Cultivo en la Universidad Martin Luther de Halle-Wittenberg. «Esto puede variar en el espacio vertical, lo que resulta en el alargamiento dinámico de distintos entrenudos».
Más información: Yongyu Huang et al, El crecimiento fitomérico dinámico contribuye a la adaptación local en la cebada, Molecular Biology and Evolution (2024). DOI: 10.1093/molbev/msae011
