El equipo de la investigadora española Pilar Cubas, en el Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC), estudia la genética de las plantas para comprender mejor su arquitectura y los factores que intervienen en su crecimiento. Una mañana, mientras trabajaba en un experimento con la planta de la patata y un gen llamado BRANCHED1b (BRC1b), que interviene en el desarrollo de las ramas, bajó al invernadero y se encontró con algo inesperado.
Para su sorpresa, en algunas de las plantas los tubérculos no habían crecido bajo el suelo, sino que estaban en las ramas. Se trataba de patatas “aéreas”.
"Empecé a ver patatas por arriba en la planta y me pareció maravilloso”, recuerda. “Me quedé enamoradísima, le hice fotos por todas partes y, por supuesto, se las enseñé a todos los que estaban en el laboratorio”. En aquel momento no tenía ni idea de qué estaba sucediendo allí y casi parecía más una curiosidad, pero varios años después, y fruto de un intenso trabajo del postdoc Michael Nicolas y sus compañeros del CNB, el equipo ha encontrado las causas de aquella curiosa variedad de patatas crecidas “en el aire” y publica el resultado en la revista Nature Plants, que le dedica su portada al hallazgo.
Genes silenciados
Con la colaboración de Salomé Prat, que trabaja precisamente estudiando los genes que controlan la tuberización de la patata, los autores del trabajo diseñaron una serie de experimentos para analizar con detalle lo que estaba sucediendo. Para ello cultivaron plantas de variedades silvestres de patata andina (Solanum tuberosum ssp. Andigena), unas con el gen BRC1b silenciado y otras con el gen activado, y las dejaron crecer en grupos con diferentes condiciones.
Como en las instalaciones se pueden controlar las condiciones de luz, humedad y temperatura, cultivaron las plantas en dos cámaras con condiciones de “día corto” (invierno) y en condiciones de “día largo” (verano). “Lo que vimos fue que los tubérculos aparecían en las ramas en las plantas mutadas que crecían en día corto”, apunta Cubas. Parecía claro que estas patatas “aéreas” salían cuando anulaban el gen BRC1b, que actuaba como “tapón” o inhibidor del crecimiento de nuevas ramas, pero ¿cuál era el mecanismo?
Cuestión de supervivencia
Lo que han descubierto los investigadores de CNB es que este gen es esencial para que los tubérculos de las plantas de variedades silvestres se formen de forma eficiente bajo tierra, en los estolones. Si este gen no funciona correctamente, apuntan, la planta no distingue entre las ramas aéreas y los estolones subterráneos y permite la entrada de azúcar y de las señales que promueven la formación de tubérculos en las yemas de la rama en el exterior. “De esta forma, al cabo de unas pocas semanas en condiciones invernales (días cortos), las plantas empiezan a desarrollar un sorprendente número de tubérculos en la parte aérea de la planta”.
En el caso de la patata no domesticada, el crecimiento del tubérculo bajo tierra es una forma que tiene la planta de asegurarse su supervivencia y de acumular recursos en un lugar donde está a salvo de los depredadores. “Es un mecanismo de propagación durante el invierno, para protegerse”, explica Pilar Cubas a Vozpópuli. “Las plantas que sobreviven al invierno pueden usar el azúcar que sintetizan en las hojas para crecer o, si ven que los recursos escasean, lo mandan a la raíz o a los tallos subterráneos y lo acumulan en forma de almidón”.
“Este gen está en todas las angiospermas y cuando lo quitas obtienes plantas más arbustivas”
De esta manera, resume, cuando empiezan los días cortos del invierno la planta sabe que llega un periodo de escasez y empieza a mandar el azúcar para abajo para formar las patatas. Lo que hace el gen BRC1b en este proceso es actuar como un guardia de tráfico: indica a la planta que debe dejar de mandar recursos a la zona alta y los envía hacia el mundo subterráneo y protegido en el que crecerán los tubérculos. Por eso, si se anula la acción de este gen la planta se vuelve “loca” y los recursos siguen llegando a las ramas, donde crecen las inesperadas patatas “aéreas”.
¿Sueñan las patatas con ser manzanas?
La primera pregunta que se plantea cualquiera ante un descubrimiento como este es su posible utilidad en agricultura. ¿Sería útil una planta que genera las patatas en el exterior y facilite su recogida? “La idea estaría bien, las recojo por arriba, pero para eso habría que hacer muchos pasos de optimización”, apunta Cubas. “Lo que vimos fue que el peso total de los tubérculos que producen estas plantas es menor y las formas y tamaños son demasiado variados”. El resultado es una variedad menos eficiente en todo. En resumen, es una planta “mal hecha”.
“La suma de tubérculos que produce, cuando sumas el peso, es menor y las formas son demasiado variadas”
Pero, aunque no podamos soñar con un mundo de patatas a la luz del día, el descubrimiento tiene una posible aplicación muy clara. Utilizar este gen para mejorar otras plantas para que produzcan menos ramas. “Este gen está en todas las angiospermas y cuando lo quitas en cualquiera de ellas obtienes plantas más arbustivas”, indica Cubas. “Durante la domesticación del maíz, uno de los rasgos que se mejoraron respecto a su antecesor silvestre, el teosinte, fue que dejó de tener ramas laterales".
Según los autores, estos resultados nos ayudan a entender el mecanismo molecular de distribución y acumulación de los azúcares en los tubérculos y pueden además tener una importancia agrícola más amplia, ya que “genes parecidos a BRC1 podrían desempeñar un papel similar en los tubérculos de otras especies, como la batata, el boniato y la yuca”.
Tomates con menos ramas
Pero no solo eso. En especies como el tomate, en las que hay que quitar a mano las ramas laterales para facilitar la producción, sería de gran interés conseguir una planta en la que se potenciara la actividad de este gen regulador y en la que estas ramas laterales no crecieran.
El resultado abre la puerta a mejorar otras plantas mediante manipulación genética para que produzcan menos ramas
“Una cosa que es muy importante y está poco estudiada es la distribución de carbono en la planta”, añade Cubas. “Para que los tomates crezcan más tienes que promover que el azúcar se acumule en los frutos y no se derive a las ramas, y si conoces los mecanismos de su distribución lo puedes optimizar”. Sabiendo que BRC1 se inhibe por ciertas señales, se podrían intentar crear, mediante edición genética CRISPR, variantes en las que BRC1 no se pueda reprimir y por tanto más eficaces para impedir el crecimiento de las ramas.
Pero para eso queda un largo camino, lleno de experimentos de ciencia básica tan fascinantes como el de estas curiosas patatas del CNB, que un día parecían querer echar a volar.
Referencia: Spatial control of potato tuberization by the TCP transcription factor BRANCHED1b (Nature Plants) DOI 10.1038/s41477-022-01112-2.
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