Sandías gigantes

Polinización de sandãas

 

En sólo cinco semanas, una minúscula flor de sandía se transforma en fruto listo para comer. Aunque una sandía, dependiendo del tipo, normalmente pesa de 2.5 a 18 kg, se han dado casos de frutos que superaron 110 kg.
 
 
“El hecho de que el fruto de sandía crezca tan rápido y se pueda hacer tan grande,” comenta Amnon Levi, genetista del ARS (Agriculture Research Service del USDA), “es señal de la presencia de algunos genes muy interesantes.”
 
 
Levi trabaja en el Laboratorio de Hortalizas del ARS en Charleston, Carolina del Sur (EUA). Recientemente colaboró con el fitopatólogo Pat Wechter y con la genetista Karen Harris en el primer estudio en la historia que identificó y caracterizó genes clave en la regulación del crecimiento y desarrollo de sandías.
 
 
En un periodo de tres años, la genetista Angela Davis, que trabaja en el Laboratorio de Investigación Agrícola South Central en Lane, Oklahoma, cultivó sandías en campo abierto como parte de una investigación para asegurar que los genes responderían a condiciones de campo actuales, tales como patógenos y fenómenos meteorológicos extremos. “Un año fue tan árido que tuvimos que interrumpir el riego debido a las restricciones hídricas impuestas,” apunta Davis. “En los otros dos años llovió tanto, que las plantas se estresaron por exceso de agua.”
 
 
Davis extrajo ARN del fruto de sandía en tres fases de crecimiento y maduración: a 12 días después de la polinización (DDP) cuando la pulpa era blanca; a 24 DDP, cuando la pulpa era rosada, y a 36 DDP, cuando la pulpa era roja. Después envió el ARN de las muestras de tejido a Charleston para analizar.
 

Genes que promueven frutos gigantes

Levi utilizó esta colección de ARN para desarrollar una biblioteca de 832 Etiquetas de Secuencia Expresada (ESE), que son segmentos únicos de genes que gobiernan aspectos diferentes del desarrollo y metabolismo. Luego trabajó con Wetcher y Harris para descifrar cómo las ESE regulan el crecimiento y desarrollo de la planta. El equipo descubrió que los genes de estas ESE son activos en metabolismo, crecimiento y desarrollo de células, y transporte de nutrientes y otras sustancias a través de las paredes celulares. Además, desempeñan su función en la división de células, comunicación celular, copia de ADN, mecanismos de defensa de plantas y respuesta ante estrés.
 
 
Los investigadores de Charleston identificaron niveles significativamente diferentes de expresión de las ESE en fases tempranas, intermedias y tardías de crecimiento y maduración del fruto. Descubrieron 335 ESE con al menos el doble de incremento o reducción en número de copias en al menos una de las tres fases. De estas 335 ESE, 239 eran muy similares a las encontradas en otras plantas, mientras que las restantes 96 no habían sido identificadas previamente en ninguna especie vegetal secuenciada.
 
 
”La mayoría de estos genes regulan actividades localizadas,” comenta Wetcher. “Son genes muy específicos que realizan ciertas funciones en ciertos periodos durante el crecimiento y la maduración. Muchos de ellos están involucrados en el desarrollo del sistema vascular de la sandía, que es un componente crucial en crecimiento y maduración.”
 
 
“El sistema vascular de la sandía se forma de manera muy rápida, ya que está construyendo la infraestructura para el fruto. Es como construir una carretera antes de construir la ciudad,” afirma Levi. “Este sistema sirve para que los fluidos transporten azúcares de las hojas al interior del fruto.”
 
 

Etileno en acción

Algunos resultados fueron inesperados — y quizás algún día proporcionen a genetistas y productores una ventaja en la comercialización de sandías.
En algunos tipos de frutos se produce gas etileno, el cual es responsable de muchos procesos de maduración. Estos frutos se denominan “climatéricos.” De hecho, los productores a menudo cosechan frutos climatéricos — tales como tomates — antes de que estén maduros, y luego provocan la maduración mediante la exposición del fruto cosechado al etileno.
 
 
Pero el etileno no ha sido relacionado con la maduración de frutos no climatéricos. Los científicos consideran a la sandía y a otras cucurbitáceas — además de uvas, cítricos y fresas — como frutos no climatéricos. Así que Wetcher y sus colegas se sorprendieron mucho al observar diferencias en niveles de expresión de genes involucrados en la producción de etileno en el fruto de sandía.
 
 
Entonces, los investigadores midieron la cantidad de etileno producida al desarrollar y madurar el fruto y descubrieron una ráfaga de producción de etileno durante la fase de fruto de pulpa blanca, así como cantidades menores en fases posteriores. “Simplemente, no pensábamos que el etileno tuviera nada que ver con la maduración de la sandía,” afirma Wetcher. “Ahora sabemos que podría ser un componente central en el proceso de maduración. Y si es importante en sandía, podría ser importante también en otros frutos no climatéricos.”
 
 
Jim Giovannoni es un biólogo molecular que trabaja en el Centro para Agricultura y Salud Robert W. Holley del ARS en Ithaca, estado de Nueva York, y se encarga de mantener la Base de Datos del Genoma de las Cucurbitáceas [www.icugi.org], un banco genético para la familia de cucurbitáceas que es utilizado por los investigadores de todo el mundo. El biólogo colaboró con el equipo de Charleston en la clasificación de ESE.
 
 
“Encontrar actividad de etileno en sandía es algo muy significativo, ya que muestra la existencia del mismo tipo de genes encontrados en tomate y en Arabidopsis — nuestra planta modelo,” dice Giovannoni. “Esto demuestra que los genes envueltos en los sistemas-modelo también son observados en sistemas de cultivo, lo cual valida los modelos que utilizamos. Adicionalmente, hemos identificado ESE que podrían ser usadas para desarrollar marcadores moleculares para la respuesta de etileno en sandía.”
 

Las enigmáticas ESE

Aunque encontrar ESE ligadas a la actividad del etileno fue una sorpresa, el equipo fue capaz de determinar su función. Pero el equipo también descubrió 96 ESE que continúan constituyendo un misterio. “Parecen estar activas todo el tiempo, lo cual sugiere que regulan funciones básicas, más generalizadas, para la supervivencia de la planta,” dice Wether. “Pero no podemos igualarlas a ESE de ninguna otra planta. Estamos tratando de confirmar que son únicas de la sandía.”
 
 
En 2008 se produjeron en México 1,2 millones de toneladas de sandías en 55,500 hectáreas, valoradas en 2.4 mil millones de pesos, pero los patógenos continúan amenazando la producción. Es por tanto fundamental encontrar fuentes de resistencia genética para disminuir pérdidas e incrementar el éxito de la producción.
 
 
“Las sandías cultivadas no son genéticamente diversas en absoluto, lo que las hace más vulnerables a los patógenos y a las presiones ambientales,” comenta Harris. “Es difícil encontrar diferencias genéticas en una pequeña selección de cultivares.”
 
 
“Me gustaría realizar más estudios para observar la interacción de los genes de sandía cuando la planta es amenazada por los patógenos,” apunta Wetcher. “Nuestro estudio de ESE es un buen punto de partida. Ahora necesitamos desarrollar esta información y encontrar maneras de desarrollar más sandías resistentes que afronten los retos de producción a campo abierto.”
 
 

Artículo basado en el escrito de Ann Perry ([email protected]), ARS, cuyo estudio es parte de Plant Genetic Resources, Genomics, and Genetic Improvement (#301) y Plant Diseases (#303), dos programas nacionales del ARS descritos en www.nps.ars.usda.gov.

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