Descifrado el mecanismo molecular que controla la germinación de las semillas

Investigadores de la Universidad de Salamanca publican hoy un artículo en la prestigiosa revista científica Nature Communications en el que esclarecen los mecanismos que promueven la germinación de las semillas y el crecimiento de las nuevas plántulas.

Los científicos del Instituto Hispanoluso de Investigaciones Agrarias (CIALE) explican que el óxido nítrico (NO) participa en la eliminación de las proteínas que bloquean la germinación de las semillas mientras las condiciones de humedad o temperatura no son las adecuadas.

“La proteína ABI5 se acumula en la semilla seca y no deja que germine hasta el momento oportuno”, explica Óscar Lorenzo, investigador del CIALE, “actúa como sensor de las condiciones ambientales para decidir si permite su desarrollo o lo mantiene bloqueado”. Incluso cuando la semilla ya ha germinado, existe un punto de control en el que aún se puede detener el proceso. Ante el riesgo de que la planta no se desarrolle y muera por algún tipo de estrés, como la falta de agua o una temperatura inadecuada, este sistema de chequeo puede retrasar el proceso por unos días en espera de condiciones más favorables.

Aunque ya se conocían las moléculas que intervienen en estos procesos, los científicos no habían descifrado el mecanismo que los regula. Ahora este trabajo de la Universidad de Salamanca, en colaboración con otros investigadores de Granada, Japón y Canadá, revela que el óxido nítrico tiene un papel esencial.

“Permite que la semilla germine porque elimina las proteínas que bloquean la acción”, comenta. En concreto, el NO modifica la proteína ABI5 mediante un proceso bioquímico que se conoce como S-nitrosilación. “Este mecanismo etiqueta a las proteínas para ser dirigidas a una trituradora molecular con la que la planta elimina lo que no necesita para seguir desarrollándose”, agrega el investigador tras realizar experimentos tanto in vitro como in vivo.

En realidad, es probable que ABI5 no sea la única proteína clave en el control de la germinación de la semilla por óxido nítrico. Recientes investigaciones apuntan a otro grupo de proteínas que la activan y que también se degradan en presencia de esta molécula.

Los científicos del CIALE creen que en realidad actúan en conjunto y en relación con otros factores que también son fundamentales para el desarrollo de las semillas, como la presencia de oxígeno, que a su vez también está regulado por NO.

Con todo ello, se dibuja un complejo mapa de relaciones que queda por estudiar en profundidad para saber cómo funciona uno de los procesos fundamentales para las plantas y que, por lo tanto, tiene una gran relevancia económica.

“Es importante que las semillas no germinen hasta el momento adecuado, pero al agricultor también le interesa que cuando las siembra en el campo germinen lo antes posible y ahora sabemos que con tratamientos de NO podemos eliminar las proteínas que lo bloquean en cuestión de horas”, comenta Óscar Lorenzo. De hecho, el paso de semilla seca a semilla germinada en la planta Arabidopsis thaliana, la que se ha utilizado en esta investigación, dura poco más de 30 horas.

Las plantas tienen otros mecanismos de bloqueo que también garantizan su supervivencia en condiciones adversas y en los que participa el óxido nítrico de forma muy similar a este, por ejemplo, en la floración. De hecho, los científicos salmantinos llevan años estudiando el papel del NO en diferentes aspectos de los organismos vegetales.

Proyecto EcoSeed

Este trabajo, que por parte del CIALE también incluye las firmas de los doctores Pablo Albertos, Isabel Mateos y la doctoranda Inmaculada Sánchez, se enmarca dentro del proyecto europeo EcoSeed, en el que participa la Universidad de Salamanca junto a científicos de Francia, Reino Unido, Alemania y Austria con el objetivo de mejorar la calidad de las semillas. Este consorcio termina a finales de 2016, pero hasta entonces el equipo de Óscar Lorenzo espera obtener nuevos resultados al menos en dos vertientes.

Por una parte, el proceso de chequeo de la germinación puede ser reversible, ya que una vez iniciado las células disponen de enzimas que pueden eliminar el NO y dejar la semilla como estaba. Los investigadores tratan de averiguar cuáles son estas proteínas y cómo actúan.

Por otra parte, los científicos quieren saber si el óxido nítrico interviene en otro proceso fundamental para la semilla y anterior a su germinación: la acumulación de reservas proteicas y oleicas que van a permitir el desarrollo posterior de la planta, en la que participan genes homólogos a ABI5.