¿Cómo saben las plantas que la primavera ha llegado para florecer?
Mecanismos moleculares de la floración fotorreceptora
Autora: Carolina Cárdenas Figueroa (anacarfi7593@gmail.com).
Editores: Felipe Peralta, Sergio Senin y David Cuaspud
En el hemisferio sur ha llegado la primavera y junto con ella sucesos muy pintorescos como son el sol brillante, el cielo azul completamente despejado y sobre todo las hermosas flores que se despliegan en jardines y parques. De esta manera, hemos querido centrarnos en el maravilloso fenómeno que pone color a esta estación: la floración. ¿Cómo saben las plantas que ha llegado el momento de florecer? Aparentemente, el fenómeno tiene muchos procesos detrás, sin embargo, los científicos no han llegado a explicarlos todos. Lo que se conoce hasta hoy es que diferentes procesos moleculares estarían involucrados como respuesta a estímulos ambientales como el cambio de temperatura o los ciclos de luz-oscuridad. Un factor determinante en este fenómeno es el llamado reloj biológico o circadiano endógeno, presente en los organismos vivos, incluidas las plantas. A continuación, te contamos algunas de las moléculas y procesos participantes en este interesante y tan colorido suceso.
Las plantas, al igual que todos los organismos vivos, interactúan con los estímulos del ambiente, con el fin de adaptarse y cumplir las funciones que les permitan sobrevivir y reproducirse. Es por ello que ellas percibirán a través de las moléculas que poseen, cuáles son las condiciones adecuadas para abrir sus flores y atraer a los polinizadores. Una vez más, recordemos que dentro de las células ocurrirán cascadas interconectadas de procesos mediados por la activación o inactivación de moléculas que llevan a cabo funciones particulares.
Hablemos del primer factor importante en la floración: la temperatura. Para ello vamos a definir un término: la vernalización que se refiere a un proceso fisiológico programado de las plantas que les permite adaptarse durante períodos prolongados de frío para florecer (Xu & Chong, 2018). Dentro de este proceso actuarán múltiples genes; y la memoria adquirida por las plantas para que este vuelva a ocurrir cada año, estaría dada por procesos epigenéticos, tema que ya tratamos en anteriores artículos. La temperatura actuaría sobre un gen llamado FLC (Flowering Locus C), que a la vez reprimiría otros genes responsables de la floración. FLC se mantendría inactivo durante los períodos de frío. Se vio que los genes regulados por FLC son: VRN1, VRN2 y VIN3, y que están involucrados en la compactación del material genético. Como ya mencionamos en escritos previos, mientras más empaquetado se encuentre el ADN, tenderá a expresarse o “mostrarse” menos y por consiguiente se silenciarán ciertos genes. En particular, estos genes tendrían un papel en la modificación de las proteínas histonas (epigenética) que son las responsables de condensar o empaquetar al ADN (Surridge, 2004). Por lo tanto, al mantenerse FLC inactivo durante períodos fríos de invierno, las plantas se abstendrán de florecer. Si lo razonamos más profundamente, es lógico que lo hagan para preservar sus órganos reproductivos en estaciones menos peligrosas y en las que los polinizadores puedan acudir a ellas.
Ahora, hablemos del papel que tiene la luz en el maravilloso fenómeno de la floración. En este caso actúa el reloj biológico, más conocido como reloj circadiano, que poseemos todos los seres vivos. Este reloj consiste en un conjunto de mecanismos endógenos que nos permiten anticiparnos y adaptarnos adecuadamente a los cambios diarios y estacionales (Boyd, 2019). En las plantas, el reloj circadiano les permite reaccionar a las distintas variaciones ambientales para garantizar su supervivencia y de éste también dependerán procesos como la fotosíntesis o el florecimiento (figura 1) (Inoue et al., 2018).
Existen muchos genes involucrados en este proceso, regulados por los ciclos de luz-oscuridad. La floración fotorreceptora (influenciada por la luz) está regulada por llamados factores de transcripción, que vienen a ser unos señalizadores que indicarán a los genes si tienen que estar activos o no (pensemos en un policía de tránsito con un cartel de “adelante” o “pare”).
En este caso particular, CONSTANS es el factor de transcripción o “policía” involucrado. Ahora, se ha estudiado a CONSTANS en un tipo de planta conocida como arabidopsis (Arabidopsis thaliana) y se concluyó que los niveles de CONSTANS comienzan a aumentar aproximadamente 12 horas después del amanecer, permanecen altos durante la noche y luego disminuyen durante el día. Eso significa que, durante los días de invierno, al ser más cortos, se expresa solo cuando está oscuro. En días más largos, CONSTANS comienza a aumentar en las últimas horas del día. Mientras que, al cambiar las estaciones, encontraron más proteína CONSTANS durante la fase de luz de los días largos que en los días cortos (Proffitt, 2004). Esto sugiere que la luz ayuda a preservar la proteína CONSTANS y la oscuridad la destruye. Finalmente, CONSTANS activará o inhibirá la actividad de otros genes directamente relacionados con la floración como es Flowering Locus T (FLT) (Figura 2). Por lo tanto, se concluye que los ciclos de luz-oscuridad que fluctúan entre estaciones invierno-otoño-primavera, incluida la duración de los días y las noches, serían factores importantísimos en el florecimiento.
Si nos detenemos a pensar en el cultivo de flores en invernadero, el mecanismo para controlar este fenómeno sería posible porque se logra “engañar” a las plantas mediante estímulos artificiales y de esta forma tener flores cuando el cultivador lo requiera.
Resulta interesante preguntarse cómo las plantas que permanecen inmóviles durante el pasar del tiempo logran responder ante los distintos estímulos para llevar a cabo sus funciones vitales. Más aún ¿cómo saben que es primavera? Si no tienen un sistema nervioso desarrollado como el nuestro que les permita sentir el frío u ojos que les permitan percibir la luz. Con este escrito se pretende tener una idea un poco más clara acerca de los mecanismos moleculares involucrados en el proceso más colorido de la primavera: la floración.
Referencias:
American Society of Plant Biologists (2016). Rhythms of Life:The Plant Circadian Clock. Recuperado de https://pdfs.semanticscholar.org/21de/ae7e1b49ec2dd4516a60e0db28c5a8bbc0c2.pdf
Boyd, C. (2019). Why do Flowers Bloom in the Spring? Recuperado de https://www.labroots.com/trending/cell-and-molecular-biology/14284/flowers-bloom-spring
Inoue, K., Araki, T., & Endo, M. (2018). Circadian clock during plant development. Journal of Plant Research, 131(1), 59–66. https://doi.org/10.1007/s10265-017-0991-8
Proffitt, F. (2004). How Flowers Know It’s Spring. Recuperado dehttps://www.sciencemag.org/news/2004/02/how-flowers-know-its-spring
Surridge, C. (2004). The flowers that bloom in the spring. In Nature (Vol. 427, Issue 6970, p. 112). Nature Publishing Group. https://doi.org/10.1038/427112a
Xu, S., & Chong, K. (2018). Remembering winter through vernalisation. In Nature Plants (Vol. 4, Issue 12, pp. 997–1009). Palgrave Macmillan Ltd. https://doi.org/10.1038/s41477-018-0301-z
