Biotecnología del polen de plantas cultivadas

La seguridad alimentaria global es una creciente demanda social en un escenario de cambio climático, escasez de recursos naturales y una población mundial en crecimiento. Esta demanda está impulsando la búsqueda de nuevas variedades de cultivos agrícolas con mejor rendimiento, calidad nutricional, y mejor adaptadas a las nuevas condiciones ambientales. La agricultura actual se enfrenta a una significativa presión económica en todo el mundo para mejorar los cultivos de forma eficiente y rápida. Es por esto que la generación de nuevo conocimiento y el desarrollo de tecnologías eficientes que permitan explotar el potencial de reprogramación in vitro de las células vegetales para regeneración y propagación de plantas seleccionadas es de gran valor en mejora vegetal y biotecnología, así como en investigación básica y aplicada.

En nuestro grupo investigamos los mecanismos reguladores de la reprogramación celular a embriogénesis inducida por estrés en plantas, proceso biotecnológico clave para la mejora, regeneración y selección de plantas de calidad y adaptadas al ambiente para los sectores agrícola y forestal. Nuestro objetivo es identificar nuevas rutas y dianas moleculares para poder intervenir químicamente en ellas con pequeñas moléculas bioactivas que mejoren la respuesta de la célula al estrés, la embriogénesis y el rendimiento en la regeneración de plantas para mejora vegetal de especies agrícolas y forestales.

Cuando se induce la reprogramación en la microspora haploide (célula precursora del polen), el proceso se denomina embriogénesis de microsporas inducida por estrés, y constituye la forma más rápida para producir plantas haploides y doble-haploides (DHs). Las plantas DHs son usadas ampliamente por las compañías hortícolas y semilleras como fuente de nueva variabilidad genética fijada en plantas homocigotas en tan sólo una generación, lo que supone un importante ahorro de tiempo y costes en los programas de mejora. Cuando la embriogénesis in vitro se induce en otras células somáticas es muy útil para propagación clonal a gran escala y crioconservación de genotipos élite seleccionados, sobre todo en especies con largos ciclos reproductivos o baja disponibilidad de semillas.

Para nuestra investigación empleamos las especies cultivadas modelo colza y cebada, y analizamos la transferencia de resultados a otras especies de interés agronómico o forestal como el alcornoque. Empleamos un abordaje multidisciplinar e integrado con técnicas de fisiología, biología molecular y celular, como la identificación molecular in situ en microscopía óptica avanzada, confocal y electrónica, entre otras.

PRINCIPALES LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

Muerte celular inducida por estrés: Investigamos el papel de la autofagia y varias familias de proteasas como elementos cruciales en la respuesta de la célula al estrés, y el inicio y/o ejecución de la muerte de las células, lo cual disminuye la viabilidad y el rendimiento de la embriogénesis in vitro. 

Regulación hormonal de la reprogramación celular a embriogénesis inducida por estrés: Nuestros estudios intentan caracterizar la implicación de auxinas y citoquininas, entre otras hormonas vegetales, en la regulación de la reprogramación celular, adquisición de totipotencia y el inicio y progresión de embriogénesis. La activación de su biosíntesis, transporte intercelular, señalización y un balance apropiado auxina/citoquinina son imprescindibles para una correcta inducción y progresión de la embriogénesis in vitro.

Control epigenético de la reprogramación celular a embriogénesis: Analizamos el papel de las marcas epigenéticas y su dinámica, concretamente almetilación del DNA, la acetilación de histonas H3 y H4, y la metilación en la lisina 9 de la histona H3 (H3K9), en la regulación del cambio de destino celular.el estudio de la reprr

Remodelación de la pared celular: Nuestros estudios han revelado que la remodelación de la pared celular, operado por pectin metilesterasas y proteínas de arabinogalactanos (AGPs) es un proceso esencial que acompaña y es necesario para la reprogramación celular y la formación del embrión.

Pequeñas moléculas para mejorar la reprogramación del destino celular en nuevas estrategias biotecnológicas:  Avances recientes sobre la reprogramación de células diferenciadas de mamíferos mediante control químico han mostrado el gran potencial que tiene la aplicación de pequeñas moléculas para regular la reprogramación celular. Investigamos los efectos de pequeños compuestos, mediante cribado de bibliotecas químicas y con moduladores de autofagia, fitohormonas, marcas epigenéticas, proteasas y otras enzimas, para reducir la muerte celulary mejorar el rendimiento de la embriogénesis. El uso de equeñas moléculas está abriendo el camino a nuevos desarrollos biotechnológicos para mejorarla producción de embriones y plantas in vitro en programas de mejora de cultivos.