Perspectivas sobre la regulación de las células madre en las plantas

El meristemo apical de los brotes (SAM) es una parte clave en el crecimiento de las plantas. Está en la punta de la planta y se encarga de producir todos los tejidos que crecerán por encima del suelo. Dentro del SAM, hay un grupo especial de células llamadas Células madre que pueden dividirse y formar diferentes tipos de tejidos, como hojas o flores. Estas células madre se encuentran en un área específica conocida como la zona central (CZ). Cuando se dividen, las nuevas células se mueven fuera de la CZ y hacia otra área llamada zona periférica (PZ), donde empiezan a transformarse en varios órganos de la planta. La organización del SAM se mantiene gracias a una estructura llamada centro organizador (OC).

#El papel de CLV3 y WUS en la regulación de células madre

Las investigaciones han mostrado que un sistema de retroalimentación entre dos proteínas, WUSCHEL (WUS) y CLAVATA3 (CLV3), maneja el equilibrio de las células madre en plantas como Arabidopsis. WUS se encuentra en el OC y anima a las células a convertirse en células madre. Se mueve hacia la CZ y activa directamente el gen para CLV3, que se produce en la CZ. CLV3 luego interactúa con ciertos receptores y, en última instancia, reduce la actividad de WUS. Si se pierde actividad de WUS, el SAM deja de desarrollarse correctamente. Por otro lado, si CLV3 no funciona bien, el SAM puede crecer mucho más de lo normal debido a una producción excesiva de células madre.

#Fenómenos relacionados con los mutantes CLV

Un fenómeno interesante en plantas con mutaciones en CLV3 es la fasciación, donde el SAM se vuelve inusualmente ancho o distorsionado. Se ha notado en plantas silvestres y cultivos, como ciertos tomates y un mutante de maíz específico. Parece que la fasciación ocurre por tener demasiadas células madre en la CZ o porque las células no se mueven de la CZ a la PZ como deberían.

Tradicionalmente, CLV3 era el único marcador usado para estudiar las células madre en el SAM, pero nuevas investigaciones han encontrado otros genes expresados en la CZ. Sin embargo, estos genes no han sido examinados a fondo. Estudios recientes usando un método llamado microscopía de fuerza atómica (AFM) han mostrado que las células que expresan CLV3 son más rígidas que sus vecinas, sugiriendo que la identidad de las células madre podría estar conectada a las propiedades físicas de las células.

#Hormonas y su influencia en las células madre

Hormonas como la citoquinina y el Auxina también afectan cómo funcionan las células madre en el SAM. Agregar citoquinina a las plantas puede imitar los efectos de las mutaciones en CLV3 al aumentar la actividad de WUS y disminuir CLV1, otra proteína relacionada. En cambio, mientras que el auxina estimula el crecimiento y desarrollo de tejidos en la PZ, no afecta significativamente la CZ.

A pesar del progreso realizado en entender estas hormonas, aún no está claro cómo se comporta la señalización de auxina en los mutantes CLV. Los investigadores están investigando si el auxina juega un papel en las formas inusuales observadas en estos mutantes.

#Investigando los mutantes CLV

Este estudio tiene como objetivo observar los cambios en el SAM cuando se interrumpe la regulación de células madre. Los investigadores observaron varias características celulares y de tejidos en plantas mutantes CLV, enfocándose específicamente en el tamaño de las células y las formas de los tejidos. Encontraron que las propiedades mecánicas de las células varían a lo largo del SAM, y estas variaciones probablemente se debían a las identidades mixtas de las células en el meristemo.

#Caracterizando el alelo CLV3-2

Los investigadores examinaron primero el aspecto del mutante clv3-2 canónico. A diferencia de la forma típica de cúpula de las plantas de tipo salvaje, los SAM de clv3-2 mostraron un gran bulto central y múltiples extensiones. Inspecciones más cercanas revelaron que el área central carecía de organización celular típica, mientras que las extensiones tenían disposiciones celulares más estructuradas. Este fenotipo fue consistente en varios alelos CLV, aunque las plantas individuales mostraron diferentes grados de fasciación.

#Cambios en el tamaño y propiedades de las células

El estudio cuantificó los tamaños de las células en diferentes capas del SAM. En plantas de tipo salvaje, el tamaño promedio de las células era similar entre capas. Sin embargo, en el mutante clv3-2, las células variaron significativamente, con la capa L2 siendo mucho más grande que la capa L1. Tendencias similares se encontraron en otros alelos mutantes CLV, indicando que los cambios en el tamaño de las células podrían ser una característica común de estos mutantes.

Adicionalmente, los investigadores observaron que las superficies de los mutantes clv eran menos suaves en comparación con las plantas de tipo salvaje. Esto se cuantificó midiendo la curvatura de las superficies, donde los mutantes clv mostraron formas mucho más variables comparadas con la curvatura consistente en plantas de tipo salvaje.

#Modelos mecánicos de la morfología del SAM

Para entender mejor los cambios estructurales, los investigadores crearon modelos mecánicos para predecir cómo variaciones en crecimiento y rigidez podrían afectar la forma del SAM. Modelaron el SAM como una estructura elástica ascendente influenciada por sus propiedades mecánicas. El modelo mostró que cuando tanto el crecimiento como la rigidez se alteraban, las formas resultantes podían parecerse a los patrones de pandeo observados en los mutantes CLV.

#Crecimiento heterogéneo y pandeo

Para respaldar su modelo, los investigadores buscaron diferencias en las tasas de crecimiento entre plantas de tipo salvaje y mutantes clv. Encontraron que en plantas de tipo salvaje, las tasas de crecimiento eran consistentes desde el centro hasta los bordes. En contraste, los mutantes clv mostraron tasas de crecimiento dispersas a lo largo del meristemo agrandado.

Un análisis adicional reveló que en los mutantes clv, había una fuerte correlación entre las tasas de crecimiento y la curvatura de la superficie. Esto indicó que las características de las plantas mutantes clv involucraban una variabilidad significativa en el crecimiento a través del meristemo.

#Variabilidad de rigidez en los mutantes CLV

Los investigadores también examinaron cómo variaba la rigidez celular en los mutantes CLV. Usando microscopía de fuerza atómica, midieron la rigidez de las células epidérmicas y encontraron que las células en los mutantes CLV eran más blandas en comparación con las células de tipo salvaje. Además, la rigidez de las células de los mutantes CLV era más variable, sugiriendo que esta variabilidad podría contribuir a las deformidades de pandeo observadas en el SAM mutante.

#Identidad genética y patrones de expresión

El estudio profundizó en la identidad genética de las células en el SAM. Notaron que los patrones de expresión de marcadores genéticos clave eran inconsistentes en los mutantes clv. A diferencia de la clara separación de identidades observada en plantas de tipo salvaje, los mutantes clv mostraron expresiones genéticas superpuestas, resultando en identidades celulares mixtas a lo largo del SAM.

#Respuesta al auxina en los mutantes CLV

Los investigadores buscaron ver cómo los mutantes clv respondían a los tratamientos de auxina, que son críticos para el desarrollo vegetal. Cuando se aplicó auxina, las plantas de tipo salvaje mostraron una respuesta típica, mientras que los mutantes CLV exhibieron respuestas iniciales extremadamente bajas. Sin embargo, después del tratamiento, los mutantes mostraron una respuesta fuerte pero variable, sugiriendo que aunque su identidad inicial difiere de las células madre de tipo salvaje, tienen algunas capacidades funcionales relacionadas con la señalización de auxina.

#Conclusiones sobre los mutantes CLV

En general, el estudio proporciona nuevas perspectivas sobre cómo la estructura, función e identidades genéticas de las células contribuyen a las características únicas observadas en los mutantes CLV. Al ver el SAM a través de la lente del crecimiento, propiedades mecánicas y respuestas hormonales, los investigadores sugieren una comprensión más matizada de cómo opera la identidad de las células madre en las plantas. Sus hallazgos indican que la identidad de las células madre debe incluir no solo marcadores genéticos, sino también características mecánicas y funcionales. La exploración futura implicará evaluar cómo estas identidades quiméricas afectan la arquitectura de la planta con el tiempo.

Las complejidades destacadas en este estudio subrayan la importancia de parámetros variados en la comprensión del crecimiento y desarrollo de las plantas, promoviendo una visión más integrada de cómo las plantas se adaptan y responden a su entorno.