Investigadores identifican péptidos para el crecimiento del tubo polínico en el arroz

Jul 11, 2023

10 de agosto de 2023

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por la Universidad Nacional de Pusan

La doble fertilización es un mecanismo complejo en las plantas con flores, en el que dos espermatozoides se fusionan con el saco embrionario. Para lograr esto, el polen liberado por las anteras debe interactuar con el estigma de la planta, hidratarse y germinar en tubos polínicos. Por tanto, la germinación y el alargamiento del tubo polínico son cruciales para la doble fertilización, que, a su vez, influye en el rendimiento de grano de las plantas cultivadas.

El proceso de fertilización requiere hormonas peptídicas llamadas factores de alcalinización rápida (RALF), que participan en la transducción de señales. Los estudios han demostrado que los RALF desempeñan un papel importante en el crecimiento del tubo polínico. Sin embargo, su papel en plantas monocotiledóneas como el arroz sigue sin explorarse.

Ahora, un equipo de investigadores de Corea, dirigido por el profesor asistente Yu-Jin Kim del Departamento de Ciencias de la Vida y Bioquímica Ambiental de la Universidad Nacional de Pusan, incluido el estudiante de doctorado Eui-Jung Kim de la Universidad Kyung Hee, ha identificado y caracterizado dos péptidos RALF en arroz (Oryza sativa). Su investigación estuvo disponible en línea en el Journal of Integrative Plant Biology.

El equipo analizó secuencias de proteínas de la base de datos del Proyecto de anotación del genoma del arroz e identificó 41 genes RALF. Entre ellos, OsRALF17 y OsRALF19 se expresaron en grandes cantidades específicamente en el polen y en los tubos polínicos. Los investigadores caracterizaron sus péptidos correspondientes utilizando múltiples repeticiones palindrómicas agrupadas regularmente espaciadas (CRISPR)/sistema de proteína 9 (Cas9) asociada a CRISPR.

Generaron mutantes knockout en los que uno o ambos genes RALF específicos del polen no se expresaron. La falta de expresión de OsRALF17 y OsRALF19 causó esterilidad masculina casi total en arroz con defectos en la hidratación del polen, la germinación y el crecimiento del tubo, lo que indica su importancia crítica en la reproducción masculina y la producción de semillas. Curiosamente, cuando los péptidos sintéticos OsRALF17 y OsRALF19 se aplicaron de forma exógena a los mutantes knockout, revirtieron algunos de sus defectos de fertilidad.

Al explicar las aplicaciones de los RALF en la vida real, el Dr. Kim dice: "Los péptidos RALF pueden controlar la fertilización en las plantas actuando como hormonas químicas naturales y biocontroladores".

Para probar el potencial de los OsRALF exógenos como biocontroladores, el equipo añadió los dos péptidos en bajas concentraciones a plantas de arroz normales, lo que mejoró el alargamiento del tubo polínico. Además, el efecto parecía depender de la dosis porque los OsRALF inhibían la germinación y el crecimiento del tubo polínico en concentraciones más altas. Por lo tanto, los OsRALF podrían controlar el equilibrio del crecimiento del tubo.

Por último, los investigadores realizaron experimentos transcriptómicos y proteómicos para comprender el mecanismo de acción de OsRALF17 y OsRALF19. Descubrieron que ambos péptidos se unen a un receptor de proteína llamado Oryza sativa-transferencia de genes masculinos defectuosos 2 (OsMTD2) y transmiten señales a través de especies reactivas de oxígeno, lo que facilita la germinación del tubo polínico y mantiene la integridad del arroz.

Este estudio proporciona información novedosa sobre el papel de RALF y OsMTD2 en la fertilización de plantas de arroz, lo que potencialmente beneficia a la agricultura. "El arroz es uno de los cultivos alimentarios más importantes, y el cambio climático global requiere nuevos recursos genéticos y cultivares para una mejor producción de cultivos. Como el desarrollo de nuevos cultivares requiere líneas androestériles, controlar la fertilidad masculina mediante péptidos RALF o líneas mutantes RALF podría ser útil para Además, los recursos genéticos útiles del arroz podrían aplicarse a otros cultivos", concluye el Dr. Kim.

Más información: Eui‐Jung Kim et al, OsRALF17 y OsRALF19 específicos del polen de arroz son esenciales para el crecimiento del tubo polínico, Journal of Integrative Plant Biology (2023). DOI: 10.1111/jipb.13508

Proporcionado por la Universidad Nacional de Pusan