Investigadores de la Universidad de Cambridge han logrado conectar dos modos previamente separados de regulación del ramificación en las plantas, ofreciendo una visión más completa de cómo estas controlan su arquitectura. Este hallazgo, publicado en la revista PLOS Biology, tiene implicaciones significativas para la mejora de cultivos en el futuro.
En la base de cada hoja se encuentra un pequeño grupo de células madre, conocido como meristemo axilar, que tiene el potencial de crecer y convertirse en una nueva rama. La decisión de si estos meristemas permanecen inactivos o inician su crecimiento depende de una combinación de señales ambientales, un conocimiento que cualquier jardinero experimentado puede confirmar, ya que la luz y los nutrientes influyen en la densidad de las plantas.
Interacción de señales locales y sistémicas
Los jardineros también saben que pueden modelar la arquitectura de las ramas mediante la poda, eliminando los brotes dominantes para liberar los brotes inactivos situados en la base de las hojas más abajo en el tallo. La coordinación de estas señales ha sido objeto de estudio durante años. Un punto central en esta coordinación es el factor de transcripción BRANCHED1 (BRC1), que actúa localmente dentro de los brotes para inhibir su crecimiento. Su actividad está regulada por hormonas que transmiten señales de nutrientes desde la raíz, así como por la calidad de la luz local.
La nueva investigación sugiere que BRC1 también contribuye a la regulación sistémica de la ramificación del tallo al alterar la exportación de la hormona vegetal auxina desde el brote hacia el tallo principal. La auxina en el tallo se conoce desde hace casi un siglo por su papel en la regulación de la actividad de los brotes, y se ha atribuido, al menos en parte, a su capacidad para prevenir la exportación de auxina desde los brotes, lo cual es necesario para su crecimiento.
Así, los brotes compiten eficazmente por exportar su auxina al tallo, lo que explica por qué la eliminación de brotes activos permite el crecimiento de brotes inactivos. La investigación combina modelado matemático con mediciones del crecimiento de los brotes, proporcionando evidencia de que las diferencias locales en la expresión de BRC1 entre los brotes ayudan a determinar cuáles son más competitivos, mientras que las propiedades de transporte sistémico de auxina establecen el número total de ramas que una planta puede sostener.
Este flujo de información a través de la planta permite que cada brote lo interprete de forma local, regulando así cuándo y dónde se forman las ramas. El resultado es un modelo unificado que explica cómo las plantas ajustan el número y la posición de las ramas, integrando el balance general de crecimiento a lo largo del tallo con condiciones ambientales como la disponibilidad de luz o nutrientes.
Por ejemplo, un brote en una posición favorable, como en mejor luz, puede expresar menos BRC1 y, por lo tanto, crecer más rápidamente, mientras que un brote vecino con mayor expresión de BRC1 podría permanecer inactivo. Al mismo tiempo, la regulación sistémica a través del transporte de auxina asegura que la carga total de ramificación se mantenga equilibrada a lo largo de toda la planta.
La Dra. Zoe Nahas, autora principal del estudio, afirma: «Nuestro hallazgo principal es que, al modular el transporte de auxina, la expresión local de BRC1 en cada brote podría contribuir al control sistémico de la ramificación». Este sorprendente descubrimiento resalta que un modelo matemático muy simple de la interacción entre dos brotes, donde cada uno promueve su propio crecimiento e inhibe al otro, puede capturar muchos de los comportamientos de ramificación que observamos en el laboratorio.
El modelo no solo predijo resultados experimentales bajo diferentes condiciones genéticas y hormonales, sino que también pudo acomodar datos sobre una región previamente desconocida del transportador de auxina PIN1, que media su respuesta a la hormona estrigolactona, ofreciendo así una nueva perspectiva molecular sobre cómo las hormonas influyen en el crecimiento de los brotes.
Este nuevo entendimiento fundamental sobre cómo se integran las señales locales y sistémicas en la ramificación de las plantas podría ayudar a los científicos a diseñar estrategias para optimizar el rendimiento de los cultivos, su resiliencia y el uso de recursos. La profesora Ottoline Leyser, co-líder del estudio, señala que «las plantas tienen una flexibilidad extraordinaria en su crecimiento, y la ramificación es una parte clave de esta adaptabilidad». El modelo unificado desarrollado por el equipo de investigación servirá para entender cómo las plantas integran múltiples fuentes de información para decidir dónde invertir en crecimiento.
El profesor James Locke, también co-líder del proyecto, añade que «este trabajo reúne experimentos y modelado para mostrar cómo las señales locales y sistémicas pueden interactuar para controlar el crecimiento de los brotes. Lo sorprendente es que un modelo tan simple puede capturar la variedad de comportamientos de ramificación que observamos experimentalmente».
Más información:
Zoe Nahas et al, A BRC1-modulated switch in auxin efflux accounts for the competition between Arabidopsis axillary buds, PLOS Biology (2025). DOI: 10.1371/journal.pbio.3003395
