Plantas que regeneran las celulas

Regeneración directa e indirecta de plantas

Como científico de plantas de larga duración, he descubierto cuatro factores importantes que influyen en la regeneración de plantas in vitro: el material vegetal y la selección de explantes, la modulación de los componentes en los medios de cultivo y las modificaciones de las condiciones de cultivo. Además, el proceso de regeneración de plantas genera diferentes respuestas en el material vegetal. Ambos temas se tratarán en este artículo.

La regeneración de plantas es un paso importante que suele aplicarse después de la transformación mediada por Agrobacterium. Permite la producción de plantas transgénicas completas que albergan rasgos deseables como la resistencia a las enfermedades. Además, se puede iniciar un protocolo de regeneración para otros objetivos, como la producción de metabolitos o la micropropagación, sin necesidad de un paso inicial de transformación.

A diferencia de la mayoría de los animales, las plantas pueden regenerarse en nuevas plantas completas. Esto significa que las células vegetales diferenciadas (células ya formadas -por ejemplo, células de la raíz o de la hoja-) pueden volver a entrar en el ciclo celular, proliferar y regenerar tejidos y órganos, e incluso convertirse en una planta completa. Esta capacidad de las células vegetales individuales de dividirse y producir todas las células vegetales diferenciadas necesarias en el organismo se conoce como “totipotencia”.

Qué es la regeneración en las plantas

Los biólogos del desarrollo tienen pruebas de que la respuesta de los mamíferos a las heridas está programada genéticamente y en ella intervienen factores de transcripción, es decir, proteínas que regulan la expresión de los genes. Sin embargo, los mecanismos moleculares precisos que subyacen a la desdiferenciación y rediferenciación celular son poco conocidos tanto en animales como en plantas, explica el jefe del equipo, Keiko Sugimoto.

Akira Iwase, investigador postdoctoral senior en el laboratorio de Sugimoto, identificó previamente el factor de transcripción WIND1 que se expresaba en las células cultivadas de Arabidopsis pero no en las plántulas sanas. Sus hallazgos sugirieron que WIND1 podría estar implicado en la respuesta a las heridas. Utilizando plántulas transgénicas, Iwase, Sugimoto y sus colegas han demostrado ahora que la expresión de WIND1 aumenta notablemente en las zonas de las heridas a las pocas horas de la lesión y continúa durante el desarrollo del callo.

Iwase, Sugimoto y sus colegas demostraron además que las plántulas de Arabidopsis modificadas genéticamente para sobreexpresar WIND1 presentaban una serie de anomalías en su desarrollo (Fig. 1). Descubrieron que los defectos más graves estaban asociados a niveles particularmente altos de expresión de WIND1. Esto incluía un desarrollo abortado después de la germinación y el crecimiento de masas celulares indiferenciadas similares a callos en los lugares donde normalmente se formarían raíces o brotes.

Métodos de regeneración de plantas

La regeneración vegetal in vitro implica la desdiferenciación y reprogramación molecular de las células para regenerar órganos completos. La regeneración de plantas puede producirse por dos vías, la organogénesis de novo y la embriogénesis somática. Ambas vías implican intrincados mecanismos moleculares y una interacción entre la señalización de la auxina y la citoquinina. Los determinantes moleculares de ambas vías se han estudiado en detalle en especies modelo, pero se sabe poco sobre los mecanismos moleculares que controlan la organogénesis de novo de los brotes en la lechuga. Esta revisión proporciona una sinopsis de nuestro conocimiento actual sobre los determinantes moleculares de la organogénesis de novo y la embriogénesis somática, con énfasis en la primera, así como proporciona ideas sobre la aplicación de esta información para mejorar la regeneración in vitro en especies no modelo como la lechuga (Lactuca sativa L.).

Figura 1. Vías de regeneración in vitro de plantas vasculares. La embriogénesis somática (SE) y la organogénesis de brotes de novo (DNSO) pueden ocurrir directamente en el explante o indirectamente con la formación de callo pluripotente como paso intermedio. Las especies capaces de regenerar por cada vía están representadas de arriba a abajo: algodón, maíz, Arabidopsis y lechuga. Figura creada con BioRender (https://biorender.com/).

Regeneración de plantas pdf

ResumenLas plantas dependen del mantenimiento de nichos de células madre en sus ápices para el crecimiento continuo de raíces y brotes. Sin embargo, aunque se ha demostrado la plasticidad del desarrollo de las células vegetales1, no se sabe si el nicho de células madre es necesario para la organogénesis. Aquí exploramos la capacidad de una amplia gama de células diferenciadoras para regenerar un órgano sin la actividad de un nicho de células madre. Utilizando un sistema de regeneración de la punta de la raíz en Arabidopsis thaliana para seguir la recuperación molecular y funcional de los destinos celulares, mostramos que la reespecificación de las identidades celulares perdidas comienza a las pocas horas de la escisión y que la función de las células especializadas se restablece en un día. De manera crítica, la regeneración procede en plantas con mutaciones que no mantienen el nicho de las células madre. Estos resultados muestran que las propiedades de las células madre que median en la regeneración completa de los órganos están dispersas en los meristemos de las plantas y no están restringidas a los nichos, que sin embargo parecen ser necesarios para el crecimiento indeterminado. Esta reprogramación regenerativa de un órgano completo sin transición a un entorno estereotipado de células madre tiene paralelos intrigantes con informes recientes de transdiferenciación inducida de tipos celulares específicos en los órganos adultos de los animales2,3.