Diferenciación en las flores

La diferenciación celular en las flores, ocurre como resultado de una complicada coreografía (sin coreógrafo) entre la química de medio intercelular e intracelular a través del uso de intrincados medios de comunicación entre las células. A diferencia de los animales, la morfogénesis en las plantas ocurre durante todo el ciclo de vida en grupos de células indiferenciadas llamados meristemos. Existen dos tipos de meristemos que son activos durante toda la vida de la planta, el de inflorescencia o "shoot apical meristem" (SAM) y el de raíz o "root apical meristem" (RAM).

En el primero, durante la formación de la flor, aparecen cuatro regiones concéntricas de células primigenias ("primordios") que eventualmente se convertirán en los cuatro órganos: sépalos, pétalos, estambres y carpelos, dispuestos desde fuera hacia adentro.  El patrón espacio-temporal de la morfogénesis de la flor es el mismo en el cuarto de millón de especies de plantas con flores, lo que sugiere que debe existir un mecanismo robusto y general en la formación de este patrón, pero que no se entiende bien hasta la fecha.

Romero-Arias y colaboradores, del Instituto de Física, de la UNAM, México; del Instituto de Ecología, de la UNAM, y del Centro de Ciencias de la Complejidad, UNAM, y de la Facultat de Física, Universitat de Barcelona, en su trabajo (Ver ref 1 ). En el trabajo mencionado, describen un modelo de coevolución entre dos sistemas físicos que reaccionan químicamente para describir la floración de Arabidopsis thaliana, una planta que ha sido uno de los organismos más estudiados y donde se pueden usar una gran cantidad de datos, tanto de la evolución temporal de los órganos como de la actividad de la genética responsable.

Si comenzamos partiendo del concepto básico de que las células indiferenciadas de un embrión, o células "madre" comparten no sólo el mismo ADN, sino que también los mismos genes y las mismas redes genéticas, durante el desarrollo de un ser vivo las células madre adquieren un destino específico indudablemente gobernado por diferencias en la expresión de sus redes genéticas. Hoy en día se acepta que esto ocurre en respuesta a señales que dependen de la posición o del linaje celular.

El patrón espacio-temporal de la morfogénesis de la flor es el mismo en el cuarto de millón de especies de plantas con flores, lo que sugiere que debe existir un mecanismo robusto y general en la formación de este patrón, pero que no se entiende bien hasta la fecha. En los meristemos que son activos durante toda la vida de la planta, el de inflorescencia o "shoot apical meristem" (SAM) y el de raíz o "root apical meristem" (RAM). En el primero, durante la formación de la flor, aparecen cuatro regiones concéntricas de células primigenias ("primordios") que eventualmente se convertirán en los cuatro órganos: sépalos(la hoja modificada que forma la parte externa de la flor), pétalos(cuya función biológica es atraer a los polinizadores-insectos y aves- para asegurar la reproducción), estambres (el órgano reproductor masculino) y carpelos (el órgano femenino de la flor), dispuestos desde fuera hacia adentro como se muestra en la fotografía con microscopia electrónica de barrido (Ver).

En la fotografía aparece el Mristemo de una flor joven, dividido en cuatro regiones, cada una conteniendo los primordios que posteriormente se desarrollaran en organos de la flor. De afuera hacua adentro, se encuentran los grupos de celulas que daran origen a los sepalos(Se), los petalos)Pe), los estambres (St), y carpelos(Car). Como se puede observar en la fotografia tomada de Albvares Buylla y col (ver referencia 2).

El modelo de la floración en Arabidopsis thaliana, llamado ABC propone un mecanismo de concentración de agentes químicos, que actúan como activadores selectivos de los diferentes “atractores de las redes genéticas” que producen los diferentes órganos. Sin embargo, la disposición geométrica de estos activadores en anillos concéntricos no se obtiene en este modelo solamente. La aparición de cualquier disposición geométrica es interesante de investigar.

Una propiedad de las superficies e interfases geométricas es la curvatura, la cual puede calcularse en cada punto del lugar geométrico localmente sin necesidad de tener información global del sistema. Generalmente esta disposición es el resultado de interacciones que obedecen leyes simples de la Física. Por ello, resulta interesante que estudios recientes in vitro de la floración de Arabidopsis thaliana los cuales sugieren que la información espacio-temporal necesaria para la construcción de una geometría anillada se obtiene a través de la curvatura local debido a una simetría cilíndrica en el crecimiento de los primordios y a que el cambio de la curvatura media del meristemo sufre cambios notables en la interfase donde conviven dos grupos de células primordiales.

En el artículo de Romero Arias y col., formulan un modelo coevolutivo espacio-temporal para entender la formación de primordios usando la curvatura media de la interfase donde conviven dos grupos de células primordiales. El modelo de coevolución descrito en este trabajo, entre dos sistemas dinámicos interactuantes puede ser utilizado para investigar el problema de diferenciación celular en general. El modelo simplemente se basa en la idea fundamental de que es necesario que las células indiferenciadas del tejido embrionario reciban la información espacio-temporal necesaria para decidir su destino final. El modelo ha sido detalladamente expuesto en la floración de Arabidopsis thaliana aprovechando el amplio conocimiento que se tiene tanto de los mecanismos biomoleculares como del desarrollo del meristemo en este organismo.

El modelo ha sido desarrollado en pasos, proponiendo un modelo espacial que describe la dinámica de los campos macroscópicos que se acoplan a las redes genéticas de cada célula para darles la información espacial que requieren. Esta parte se basó principalmente en las ideas expuestas por el modelo ABC y con la simplificación de la GRN inferidas de los datos experimentales. Este modelo simple por sí solo es capaz de reproducir la conformación de anillos concéntricos de los órganos que se observan experimentalmente.

Finalmente, Romero-Arias y colaboradores incorporaron la evolución temporal del proceso suponiendo que la reproducción celular resulta en el crecimiento isotrópico del meristemo. Derivaron las ecuaciones dinámicas del sistema y ajustados los parámetros para reproducir la aparición de los órganos en el lugar y el tiempo adecuados.

Provistos de estos resultados Romero-Arias y col. examinarían el poder predictivo del modelo, estudiando todas las posibilidades de mutaciones y fueron capaces de reproducir todas las variedades mutantes en estado silvestre y otras aún no encontradas como la C+ y la inversión de órganos por pares.

Referencias: 1-Romero-Arias, José Roberto, Barrio; Álvarez-Buylla, Elena, Roces, Rafael Ángel, Varea Carmen y Hernández-Machado, Aurora. Modelo de diferenciación celular en la floración de Arabidopsis thaliana. En TIP. Revista especializada en ciencias químico-biológicas, en su versión impresa  ISSN 1405-888X- TIP vol.13 no.2 Ciudad de México, dic.  2010))                        2- Albvares Buylla y col. Floral morphogenesis: Stochastic explorations of gene network epigenetic landscape. PLoS ONE 3 (2008).

Maracaibo, martes 26 de mayo del año 2026