Científicos chinos resuelven un misterio centenario sobre cómo una sola célula somática vegetal se convierte en una planta completa

Resumen gráfico de la tesis sobre la totipotencia celular vegetal. Foto: Captura de pantalla del sitio web cell.com

Por primera vez, científicos chinos han revelado por completo cómo una sola célula somática vegetal se convierte en una planta completa. Este logro no solo resuelve el misterio centenario del mecanismo de la "totipotencia celular vegetal", sino que también proporciona una nueva base teórica para la mejora específica de las características de los cultivos y la regeneración eficiente, lo que se espera que ayude a lograr la "clonación rápida" de variedades superiores de cultivos y la conservación eficiente de recursos de germoplasma vegetal raro.

La tesis de los hallazgos se publicó en línea el martes en la revista académica Cell, de renombre internacional.

La formación de un embrión a partir de una sola célula representa uno de los procesos más profundos de la biología. Tanto en plantas como en animales, los embriones suelen surgir de un cigoto, una célula totipotente formada por la fusión de gametos, según la tesis.

El concepto de "totipotencia celular vegetal" se propuso por primera vez en 1902. Describe cómo las células vegetales pueden desdiferenciarse en células madre totipotentes, similares a los cigotos, que posteriormente pueden convertirse en una planta completa. Este fenómeno está muy extendido en todo el reino vegetal, incluyendo cultivos y plantas leñosas, pero los mecanismos moleculares se desconocían desde hacía tiempo.

Para abordar este misterio, el equipo de investigación dirigido por Zhang Xiansheng, profesor de la Universidad Agrícola de Shandong, inició en 2005 la exploración en este campo utilizando Arabidopsis thaliana como modelo.

Durante los últimos 20 años, el equipo desarrolló un sistema experimental que muestra cómo una sola célula somática puede convertirse directamente en un embrión, junto con un sistema estable de embriogénesis somática, lo que significa que las células somáticas diferenciadas recuperan la totipotencia e inician la embriogénesis en condiciones adecuadas. También descubrieron que el "interruptor" para activar la totipotencia celular es la acumulación de grandes cantidades de auxina.

Mediante técnicas de vanguardia como la microscopía electrónica de barrido, la secuenciación avanzada de ARN de núcleo único y la microdisección por captura láser espacial, combinadas con la secuenciación de ARN, los investigadores capturaron por primera vez el proceso completo de la división de una sola célula vegetal. Esto proporcionó evidencia directa del origen de la totipotencia en una sola célula somática, resolviendo una incógnita de larga data en la comunidad científica.

El equipo también identificó dos "claves" que desencadenan la totipotencia celular: el gen SPCH, específico de las células precursoras estomáticas de las hojas, y la sobreexpresión inducible del gen LEC2. Trabajando juntos, forman un "interruptor molecular". "Es como girar una cerradura que requiere dos llaves, ninguna de las cuales puede faltar", explicó Zhang.

Según Su Yinghua, otro profesor de la Universidad Agrícola de Shandong y autor correspondiente del estudio, el equipo documentó completamente la vía de reprogramación celular e identificó los puntos críticos de ramificación. Durante la etapa de transición clave en la que una "célula ordinaria" se transforma en una "célula madre totipotente", la célula experimenta una profunda remodelación de la cromatina, con la activación gradual de muchos genes previamente silenciados. Esta ramificación de la trayectoria celular abre la puerta al establecimiento de la totipotencia.

Este estudio es el primero a nivel mundial en explicar exhaustivamente el mecanismo molecular mediante el cual una sola célula somática vegetal se reprograma en una célula madre totipotente y se regenera en una planta completa.

Zhong Kang, fisiólogo vegetal y académico de la Academia China de Ciencias, afirmó que este estudio no solo profundiza en la comprensión de la totipotencia celular, sino que también abre una nueva vía para superar el persistente obstáculo a la regeneración en la biotecnología agrícola.

El esclarecimiento de esta teoría no solo profundiza en la comprensión de los principios fundamentales del desarrollo celular vegetal, sino que también proporciona ideas y herramientas completamente nuevas para controlar con precisión la regeneración vegetal y mejorar las características de los cultivos. Actualmente, se han llevado a cabo experimentos con esta teoría en paralelo en cultivos como el trigo, el maíz y la soja, según un comunicado publicado el martes por la Universidad Agrícola de Shandong.

Zhang afirmó que, en el futuro, podría ser posible lograr la clonación rápida de variedades superiores de cultivos mediante la regulación precisa de la totipotencia celular, acortando considerablemente el ciclo de mejoramiento y permitiendo el mejoramiento de precisión, lo que también se espera que impulse la conservación de germoplasma de plantas raras y los avances en biología sintética vegetal.