Ranunculus flowers produce numerous carpels via evolutionarily rewiring of the canonical AGAMOUS-WUSCHEL developmental module

La mayoría de las flores están construidas con un ritmo preciso y repetitivo. Comienzan con un pequeño grupo de células en forma de domo en la punta de un tallo, conocido como meristemo floral. Este grupo actúa como un sitio de construcción, produciendo las partes de la flor en un orden específico: primero las hojas protectoras externas, luego los pétalos coloridos, seguidos de los estambres masculinos y, finalmente, los carpelos femeninos en el centro mismo. En la gran mayoría de las plantas con flores, este sitio de construcción se cierra en el momento en que las partes femeninas comienzan a formarse. El resultado es una flor con muchas partes masculinas pero solo unas pocas femeninas, un patrón que se ha mantenido constante durante millones de años. Los científicos han comprendido durante mucho tiempo que un interruptor genético específico, que involucra una proteína que mantiene el sitio de construcción y otra que le indica que se detenga, controla este tiempo. Cuando llega la señal de parada, el sitio se aplana y no se pueden añadir nuevas partes.

Pero la naturaleza ocasionalmente rompe las reglas. En algunas plantas, el sitio de construcción se niega a cerrarse. En lugar de detenerse tras unas pocas partes femeninas, sigue creciendo, produciendo docenas o incluso cientos de carpelos. Esto crea una flor que parece un cono denso y velloso en lugar de una flor típica. Durante mucho tiempo, los investigadores no supieron cómo estas plantas lograban mantener sus sitios de construcción abiertos mientras otras los cerraban. ¿Era un simple error en el código genético o había un reajuste más complejo de las instrucciones? Un nuevo estudio sobre la familia de las ranúnculos, centrado específicamente en una especie llamada Ranunculus sceleratus, finalmente ha revelado la respuesta. Los investigadores descubrieron que esta planta no solo rompió la señal de parada, sino que reconfiguró completamente la maquinaria genética para convertir la señal de parada en una señal de marcha, permitiendo que la flor produzca un número extraordinario de partes femeninas.

Los investigadores comenzaron comparando el comportamiento celular de Ranunculus sceleratus, que produce más de 150 carpelos, con un pariente cercano, Nigella damascena, que produce solo unos cinco. Utilizando una técnica que les permite observar las células vivas dividiéndose y expandiéndose en tiempo real, observaron una diferencia sorprendente. En la planta con pocos carpelos, las células en la punta de la flor dejan de dividirse y expandirse tan pronto como aparecen las partes femeninas, lo que provoca que el sitio de construcción se aplane y se cierre. En la planta con muchos carpelos, las células continúan dividiéndose y expandiéndose vigorosamente incluso después de que se han formado las primeras partes femeninas. Esta actividad sostenida mantiene el sitio de construcción con forma de domo y espacioso, proporcionando espacio para que se desarrollen cientos de nuevos carpelos. El estudio mostró que las células en la flor de alto número de carpelos no solo se dividían con más frecuencia, sino que también crecían más, creando una superficie mucho mayor para albergar los órganos extra.

Para entender por qué las células seguían creciendo, el equipo examinó los genes responsables de gestionar el sitio de construcción. En la mayoría de las plantas, un gen llamado WUS actúa como el motor que mantiene activo el sitio, mientras que un gen llamado AG actúa como el freno, apagando a WUS cuando las partes femeninas están listas. En la planta con pocos carpelos, el freno funciona perfectamente: una vez que las partes femeninas comienzan, el gen AG silencia al gen WUS y la construcción se detiene. Sin embargo, en la planta con muchos carpelos, los investigadores descubrieron que la planta tenía dos copias del gen WUS en lugar de una, resultado de un evento de duplicación antiguo. Más importante aún, la forma en que estos genes se comportaban había cambiado. Una copia del gen continuaba trabajando en el centro de la flor, manteniendo el sitio abierto. La otra copia, sin embargo, había trasladado su actividad a las partes masculinas de la flor, los estambres.

El descubrimiento más sorprendente fue cómo el gen del freno, AG, interactuaba con estas nuevas copias del gen WUS. En las plantas normales, AG suprime a WUS. Pero en este ranúnculo, el gen AG en realidad activaba una de las copias de WUS. En lugar de detener el sitio de construcción, la presencia de las partes masculinas ahora señalaba al sitio para que continuara. Los investigadores rastrearon este cambio hasta la secuencia de ADN justo antes de que el gen comenzara. En el ancestro de estas plantas, esta región no tenía un sitio de unión específico para la proteína AG. Pero en el linaje que condujo al ranúnculo de alto número de carpelos, aparecieron dos nuevos sitios de unión en esta región. Estos nuevos sitios permitieron que la proteína AG se enganchara al gen y lo encendiera, en lugar de apagarlo. Este único cambio en el manual de instrucciones genéticas cambió la relación entre los dos genes de una señal de parada a una señal de marcha.

El estudio confirma que esta reconfiguración es la clave de la forma única de la flor. Cuando los investigadores silenciaron los genes AG en la planta de alto número de carpelos, la flor dejó de producir tantos carpelos y se volvió más pequeña, asemejándose a sus parientes de bajo número de carpelos. Cuando silenciaron los genes WUS, el sitio de construcción colapsó por completo y la flor no se desarrolló adecuadamente. La evidencia sugiere que la evolución de esta planta no requirió una revisión completa de su sistema genético. En cambio, una simple duplicación de un gen, seguida de la adición de dos pequeños sitios de unión en su ADN, fue suficiente para reconfigurar un bucle de desarrollo fundamental. Esto permitió que la flor ignorara las señales de tiempo habituales y continuara construyendo partes femeninas mucho después de que el resto de la planta lo hubiera hecho.

Este hallazgo ofrece un ejemplo claro de cómo pueden surgir rasgos complejos y nuevos a través de cambios pequeños y específicos en el código genético. Demuestra que la diversidad de formas de las flores que vemos en la naturaleza no es solo una cuestión de mutación aleatoria, sino que a menudo es el resultado de un meticuloso ajuste evolutivo de los interruptores que controlan el crecimiento. Al convertir una señal de parada en una señal de marcha, este ranúnculo ha logrado crear una estructura floral que es tanto rara como altamente especializada. La investigación destaca que las reglas que gobiernan cómo las plantas construyen sus cuerpos son flexibles, y que unas pocas letras adicionales en una secuencia de ADN pueden conducir a una transformación dramática en la forma final de un ser vivo.