¿Se pueden producir semillas viables sin polinización? La ciencia ya tiene la respuesta

Grazas á polinización obtense unha ampla variedade de alimentos, principalmente cultivos hortícolas. De feito, polinizadores como as abellas, os escaravellos, as aves e os morcegos interveñen nun 35% da produción agrícola mundial, incrementando a produción de 87 dos principais cultivos alimentarios do planeta, así como de moitos medicamentos derivados das plantas.

A actividade humana ha posto gran presión sobre os polinizadores, incrementando a súa demanda, pero destruíndo ao mesmo tempo os seus hábitats. As poboacións de polinizadores están a diminuír, nalgúns casos de forma drástica, o que deixa no aire o futuro non só de moitas especies vexetais, senón tamén o da seguridade alimentaria mundial.

A caída de polinizadores deixa no aire o futuro non só de moitas especies vexetais, senón tamén o da seguridade alimentaria mundial

Un estudo científico internacional, publicado na revista ‘Nature’, revelou que os xirasoles poden producir sementes viables sen necesidade de polinización, a través dun proceso chamado ‘partenogénesis’. É un fito no campo da biotecnoloxía vexetal.

Este achado podería revolucionar o mejoramiento xenético de cultivos ao reducir de seis anos a só dez meses o tempo requirido para obter liñas puras de plantas, esenciais para desenvolver variedades máis resistentes e produtivas.

A investigación, realizada en condicións controladas de invernadoiro, cámaras de crecemento e campo, buscaba inicialmente xerar embrións haploides (coa metade de cromosomas) en xirasoles mediante a inhibición química dunha encima no pole.

Con todo, os investigadores notaron algo inesperado: ata ao eliminar completamente o pole, as plantas seguían producindo sementes pequenas e engurradas. "Nun principio, atribuímos estas sementes aos efectos do inhibidor químico, pero ensaios posteriores demostraron que se formaban sen ningún achegue paterno", explican os autores do estudo.

Variedades adaptadas ao cambio climático

A análise xenética confirmou que estas sementes eran haploides e de orixe exclusivamente materna, é dicir, desenvolvéronse sen fertilización. Este fenómeno, coñecido como ‘partenogénesis espontánea’, observouse en múltiples variedades de xirasol, con algunhas producindo máis de 100 sementes por capítulo floral.

A luz de alta intensidade aumentou significativamente a produción, mentres que variar outros factores ambientais, como a temperatura, non mostrou efectos relevantes.

Para converter estas simientes haploides en plantas fértiles, o equipo aplicou técnicas de cultivo de tecidos e duplicación cromosómica. Aínda que moitos embrións presentaban formas irregulares ou múltiples eixos de crecemento, o 40% logrou xerminar. Tras duplicar os seus cromosomas, as plantas resultantes non só foron fértiles, senón que algunhas produciron ata 188 sementes, demostrando a súa viabilidade agronómica.

Un achado particularmente sorprendente foi que os embrións de xirasol prescindiron do endospermo, tecido nutritivo que adoita ser esencial para a xerminación. "Esta omisión é moi inusual nas plantas con flores", destacan os investigadores. No seu lugar, os embrións utilizaron as reservas dos cotiledones, estruturas embrionarias que almacenan nutrientes.

Tradicionalmente, obter estas liñas puras require ata seis anos de autopolinizaciones sucesivas. Con este método, o proceso podería reducirse a menos dun ano, acelerando o desenvolvemento de variedades adaptadas a desafíos como o cambio climático ou pragas emerxentes.

"Os resultados proporcionan unha base para un sistema de dobre haploide comercialmente viable", sinala o equipo. O cultivo do xirasol, cuarto en importancia a nivel global polo seu aceite, ten un xenoma complexo que dificulta a súa mellora. A nova técnica simplificaría a identificación de trazos desexables, como resistencia a secas ou enfermidades.

Dependencia de luz intensiva

O estudo do xirasol non é un caso illado. Investigacións recentes en sandía , publicadas na ‘Revista de Biotecnoloxía Vexetal e Horticulture Research’, tamén lograron avances en indución de haploides. En marzo de 2023, un equipo da Academia de Ciencias Agrícolas e Forestais de Pequín, informo sobre a primeira produción exitosa en sandía usando un sistema baseado en sementes. Un mes despois a Universidade Northwest A F,&presentou un método alternativo mediante a mutación dun xene.

Ambos os enfoques –a modificación xenética en sandía e a partenogénesis espontánea en xirasol– aforran tempo e recursos e comparten un obxectivo común: superar os pescozos de botella no mejoramiento tradicional. Como explican os autores do estudo sobre a sandía, a creación desta liña inductora de haploides ten "un gran potencial para impulsar significativamente o mejoramiento da especie no futuro".

Aínda que prometedores, os dous sistemas enfróntanse a desafíos. No caso do xirasol, a eficiencia da partenogénesis varía segundo a liña xenética, e fai falta optimizar protocolos para distintas variedades. Ademais, a dependencia de luz intensiva podería limitar a súa aplicación en zonas con menor radiación solar.

No caso da sandía, mentres tanto, as taxas de indución haploide aínda son baixas (1,12%), aínda que superiores a métodos previos baseados en irradiación de pole.

Os investigadores subliñan a necesidade de realizar estudos a campo para avaliar a estabilidade das plantas obtidas e o seu rendemento en condicións reais. Así mesmo, sinalan que hai que explorar se estes mecanismos poderían aplicarse a outros cultivos, como millo ou trigo, o que será clave para ampliar o seu impacto.

"Este descubrimento introduce unha vía reprodutiva previamente descoñecida nun cultivo crave, ofrecendo unha ferramenta poderosa para afrontar os retos alimentarios do século XXI", sinalan os autores do estudo sobre o xirasol.