Las señales mecánicas derivadas de la pared celular controlan el crecimiento y la división celular durante el desarrollo radicular

En las plantas, el desarrollo de los órganos surge de una interacción dinámica entre los programas genéticos y las fuerzas físicas dentro de los tejidos en crecimiento. Si bien, hasta ahora, una amplia investigación se había centrado en estudiar cómo los genes y las redes moleculares regulan el comportamiento celular, el papel de las interacciones físicas y las restricciones mecánicas en la conformación de los órganos sigue, en gran medida, sin comprenderse.

En un nuevo estudio, co-liderado por el grupo de ‘Biología sintética de los circuitos de señalización en plantas’ del CBGP junto con el equipo de la Dra. Sabatini en la Universidad La Sapienza de Roma, los investigadores revelan que las señales mecánicas generadas por la pared celular vegetal desempeñan un papel fundamental en el control del crecimiento y desarrollo radicular.

Arquitectura y desarrollo radicular organizado en el tiempo y el espacio

Mediante la combinación de análisis genéticos, imágenes en vivo, mediciones mecánicas y modelado computacional espaciotemporal, el equipo demuestra que los cambios en las propiedades mecánicas de las paredes celulares en elongación en la raíz de Arabidopsis influyen en las tasas de crecimiento y división de las células meristemáticas vecinas. Al transmitir señales mecánicas tanto locales como de largo alcance, la pared celular contribuye a la configuración de la arquitectura radicular y a un desarrollo organizado. “Al combinar genética, biología celular, microscopía Brillouin y modelado computacional, demostramos que los cambios en la rigidez de la pared celular a lo largo de un órgano en desarrollo ayudan a equilibrar la elongación y la división celular, lo que en última instancia determina cuánto puede crecer la raíz”, explica Krzysztof Wabnik, investigador principal del grupo del CBGP.

La pared celular: una fuente activa de información

A medida que las raíces crecen a través del suelo, sus células deben lograr un equilibrio preciso entre expansión y división para preservar una estructura y función adecuadas. El laboratorio liderado por el investigador del CBGP unió fuerzas con el grupo liderado por la Dra. Sabrina Sabatini en la Universidad La Sapienza para revelar que la pared celular vegetal es mucho más que una estructura de soporte pasiva.

En cambio, actúa como una fuente activa de información mecánica que guía las decisiones celulares en el espacio y el tiempo. Al vincular las modificaciones en las propiedades mecánicas de las paredes celulares en las células en elongación con los cambios en el comportamiento de las células meristemáticas vecinas, los dos equipos demuestran cómo se transmiten las señales físicas a través de los tejidos para coordinar el crecimiento.

Estos hallazgos muestran que las señales mecánicas derivadas de la pared celular desempeñan un papel crítico en la regulación de la división celular y el mantenimiento del desarrollo radicular organizado. Por lo tanto, las fuerzas mecánicas generadas en la interfaz de la pared celular se integran con los programas genéticos para dar forma a la arquitectura radicular, ofreciendo una nueva perspectiva sobre los mecanismos fundamentales que controlan el crecimiento y desarrollo de las plantas; “Nuestro trabajo destaca que la manipulación de las fuerzas mecánicas, junto con las modificaciones genéticas, podría ofrecer una estrategia poderosa para controlar el crecimiento de los órganos y potencialmente mejorar el rendimiento del cultivo”, concluye Wabnik.