Nuevas estrategias con moduladores de autofagia aumentan la eficiencia de embriogénesis de microsporas

Entre los retos de la agricultura actual está la búsqueda de nuevas variedades más resistentes a patógenos, con mayor productividad y mejor adaptabilidad frente al cambio climático. En este sentido, las empresas viverísticas y semilleras usan plantas dobles-haploides (DHs) en sus programas de mejora, obtenidas mediante embriogénesis de microsporas, que es la vía más rápida de conseguir homocigosis completa en una sola generación, reduciéndose el tiempo y los costes del proceso. Éste se induce in vitro mediante tratamientos de estrés que hacen que la microspora haploide se reprograme, adquiera totipotencia y produzca embriones y plantas H y DHs. Sin embargo, su explotación está limitada en muchas especies agroalimentarias y forestales por su baja o nula eficiencia, siendo la alta tasa de muerte celular uno de los principales problemas.

En un trabajo publicado en la revista Journal of Experimental Botany  por el grupo de “Biotecnología del polen de plantas cultivadas” dirigido por la Dra. Pilar S. Testillano, perteneciente al departamento de “Biotecnología Microbiana y de Plantas” del Centro de Investigaciones Biológicas, se demuestra por primera vez la activación de autofagia y proteasas de la familia de las catepsinas y su papel en la muerte celular durante la embriogénesis de microsporas de cebada. La autofagia es un proceso catabólico por el cual la célula recicla componentes citoplásmicos, que también ha demostrado tener un papel en el inicio y/o ejecución de muerte celular, aunque los datos en plantas son muy limitados.

En este estudio se demuestra que el tratamiento de estrés que induce la embriogénesis también provoca en algunas células una alta producción de especies reactivas de oxígeno (ROS), inducción de genes y proteínas de autofagia (ATG5, ATG6, ATG8a), así como aumento de autofagosomas y actividad de varias catepsinas, y su implicación en la muerte celular. Adicionalmente, se determina que el uso de moduladores de autofagia en el proceso permite reducir el nivel de muerte celular, aumentando la eficiencia de embriogénesis in vitro.

Estos hallazgos abren una vía de intervención totalmente novedosa con potencial para aumentar la producción in vitro de embriones y plantas doble-haploides en especies de cosecha, especialmente en aquéllas recalcitrantes, con muy baja respuesta a la inducción de embriogénesis in vitro, y su uso para la búsqueda de nuevas variedades.

Referencia: Autophagy and cathepsins are activated and involved in cell death during stress-induced microspore embryogenesis in barley. Bárány I, Berenguer E, Solís MT, Pérez-Pérez Y, Santamaría ME, Crespo JL, Risueño MC, Díaz I, Testillano PS  [2018].  Journal of Experimental Botany, Published on line: January 4, 2018. DOI: 10.1093/jxb/erx455