En un estudio publicado en Cell el 22 de mayo, investigadores liderados por el Prof. LI Chuanyou del Instituto de Genética y Biología del Desarrollo (IGDB) de la Academia China de Ciencias informaron su descubrimiento de que el FACTOR DE REGENERACIÓN1 (REF1) es la señal principal de herida local que instiga las respuestas regenerativas de las plantas. Este descubrimiento sugiere un método conveniente para mejorar la eficiencia de transformación de cultivos difíciles de transformar al aumentar su capacidad de regeneración.
Comparadas con sus contrapartes animales, las plantas experimentan lesiones con mayor frecuencia y han evolucionado una capacidad extraordinaria para enfrentarlas. Al sufrir una lesión, las plantas activan de inmediato respuestas de defensa para prevenir la infección por patógenos y/o el ataque de insectos. Paralelamente, las plantas activan la reprogramación celular para reparar tejidos dañados y regenerar partes del cuerpo perdidas.
Si bien las señales de herida y las cascadas de señalización utilizadas por las plantas para activar respuestas de defensa inducidas por heridas están bien entendidas, los mecanismos moleculares subyacentes a las respuestas regenerativas inducidas por heridas siguen siendo oscuros. Aunque las heridas son esenciales para iniciar varios tipos de regeneración de órganos, la naturaleza bioquímica de las supuestas señales de herida local que gobiernan este proceso ha permanecido un misterio durante siglos. Además, la capacidad regenerativa de las plantas en la naturaleza varía ampliamente entre especies y genotipos, lo que es uno de los principales obstáculos para aprovechar plenamente el potencial de las tecnologías de transformación genética y edición del genoma para el mejoramiento de cultivos. Por lo tanto, entre las 125 importantes preguntas sin respuesta publicadas por Science, «¿Qué controla la regeneración de órganos?» fue seleccionada como una de las 25 principales preguntas.
Considerando que la regeneración y la defensa son facetas interconectadas de las respuestas de heridas en plantas, es razonable especular que los mutantes de tomate defectuosos en la supuesta señal de regeneración mostrarían tanto una capacidad de regeneración comprometida como respuestas de defensa deterioradas.
Basándose en este principio, los investigadores identificaron un mutante spr9 que es defectuoso tanto en respuestas de defensa inducidas por heridas como en respuestas regenerativas. spr9 afecta principalmente las respuestas de defensa local y elimina la capacidad de formación de callos inducida por heridas y la regeneración de brotes, lo que sugiere que el gen SPR9 desempeña un doble papel en la regulación de la defensa local inducida por heridas y la regeneración de órganos.
Los estudios de clonación genética revelaron que el gen SPR9 codifica un precursor de un péptido. La eliminación de SPR9 abolió la capacidad regenerativa de los tomates, y la sobreexpresión de SPR9 resultó en una capacidad regenerativa mejorada.
Además, la aplicación de su producto peptídico aumentó dramáticamente la capacidad regenerativa. Por lo tanto, este péptido fue designado como FACTOR DE REGENERACIÓN1, o REF1.
Estudios adicionales mostraron que REF1 es percibido por el receptor PORK1. Cuando las células de las plantas se lesionan, REF1 se une a su receptor PORK1 para activar WIND1, un regulador maestro de la reprogramación celular inducida por heridas, iniciando así respuestas regenerativas.
Mientras tanto, el WIND1 activado se une al promotor del gen precursor de REF1 para activar su expresión, amplificando así la señalización de REF1 para la reparación de tejidos y la regeneración de órganos. Así, REF1 actúa como una fitocitoquina para orquestar la regeneración de órganos inducida por heridas.
Dado que REF1 y su receptor están altamente conservados tanto en plantas dicotiledóneas como monocotiledóneas, la mejora de la capacidad regenerativa inducida por REF1 es un mecanismo generalizado. La aplicación de REF1 ha mejorado dramáticamente la eficiencia de transformación en varios cultivos difíciles de transformar, incluyendo soja, trigo y maíz.
El descubrimiento de REF1 no solo responde a la antigua pregunta de cómo las plantas inician la regeneración de órganos, sino que también proporciona un método conveniente y universal para aumentar la eficiencia de transformación de cultivos de manera independiente de la especie y/o genotipo.
Este estudio fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, el Programa Nacional de Investigación y Desarrollo Clave de China, y la Academia Taishan de Innovación en Tomate.
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