¿CÓMO BORRAN LAS PLANTAS LA MEMORIA DEL INVIERNO?

     Un estudio publicado en ‘Nature’, cuyo autor principal es el investigador del CBGP Pedro Crevillén, descubre los mecanismos genéticos que facilitan la floración en el momento adecuado.
Las plantas deciden cuándo florecer en respuesta a las condiciones ambientales mediante una compleja red de señalización génica. En diversas especies vegetales, la floración requiere que la planta haya estado expuesta a períodos prolongados de frío. Este proceso se conoce como vernalización y es crucial para muchas especies de interés agrícola como el trigo, la cebada y toda la familia de la brasicáceas (mostaza, coles, brócoli).
     Las plantas vernalizadas son capaces de recordar el invierno y mantener silenciado un represor floral durante el posterior crecimiento a temperaturas más altas en la primavera. Esta “memoria epigenética” es borrada y el represor floral se reactiva durante la formación de la semilla. El proceso garantiza que la siguiente generación de plantas requiera de un proceso de vernalización para florecer. Sin embargo, los mecanismos genéticos que controlan este proceso de borrado permanecían desconocidos.
      La epigenética se refiere a marcas químicas heredables que modifican la actividad del genoma sin alterar la secuencia del ADN. Por ejemplo, los gemelos comparten la misma secuencia de ADN, pero un análisis fino de su genoma revela que está marcado de forma diferente por marcas epigenéticas que se acumulan a lo largo de nuestra vida. Esto explica en parte las diferencias que observamos entre ellos.
      En la planta modelo Arabidopsis thaliana se sabe que durante el invierno se produce el silenciamiento de un gen llamado FLC que actúa como represor de la floración. Tras la vernalización, este represor permanece silenciado por mecanismos epigenéticos en ausencia del frio permitiendo que las plantas florezcan en primavera. Luego, el gen se reactiva en las semillas y las nuevas plantas vuelven a requerir pasar el invierno (vernalizar) para florecer.

     La vernalización es un proceso de una gran importancia a nivel agronómico para numerosos cultivos. En el caso del trigo, existen variedades que se siembran en distintas épocas del año según su requerimiento de vernalización. Actualmente, debido a los efectos del cambio climático, hay inviernos que son menos fríos que antaño y, por tanto, al no florecer los cultivos en el momento correcto disminuyen la producción. Para Crevillén, los resultados de su estudio, dirigido por Caroline Dean, del John Innes Centre (Reino Unido), permitirán obtener variedades de plantas más productivas en las condiciones ambientales actuales.
     El trabajo, publicado en Nature con el título “Epigenetic reprogramming that prevents transgenerational inheritance of the vernalized state”, caracteriza  a nivel molecular el proceso de borrado de la memoria epigenética de la vernalización. En el mismo se demuestra que el gen ELF6 es necesario para el borrado de esta memoria epigenética del represor floral.
El proceso de esta investigación fue posible gracias al aislamiento de un mutante en el gen ELF6, que recordaba la vernalización. Este mutante es uno de los pocos ejemplos de herencia transgeneracional epigenética que se ha investigado en las plantas.
     “Este trabajo recuerda a las ideas de Lysenko, el botánico soviético que sostuvo que la progenie de trigos  vernalizados  florecerían y aumentarían su producción”, afirma Crevillén. “Sin embargo, estaba equivocado y hoy sabemos que la vernalización es necesaria en cada generación”.


Los cambios epigenéticos  afectan también a los humanos

     Los científicos han descubierto recientemente que la herencia transgeneracional no solo afecta a las plantas, sino también a los animales y, por tanto, a los humanos. En un principio, se pensaba que los cambios epigenéticos solo podían ser heredados de célula a célula en un mismo organismo, pero no de una generación a otra, es decir, de padres a hijos. Sin embargo, numerosos estudios sugieren actualmente que hay una pequeña parte de esta información epigenética que no se borra y se transmite a la descendencia. Por ejemplo, que la desnutrición en madres gestantes origina cambios epigenéticos que no solo afectan a sus hijos, sino que tienen consecuencias en el crecimiento de los nietos. Se trata de un tema de gran actualidad del que se conoce muy poco y que está concitando un gran interés en la comunidad científica mundial.
     El siguiente paso para completar el estudio sería, en opinión de su autor principal, profundizar aún más en los mecanismos de cómo las plantas regulan su floración en respuesta a cambios en la temperatura ambiental. “Estos estudios cobran mayor importancia en la actualidad si queremos prevenir los efectos adversos del cambio climático, pues sabemos que el aumento de la temperatura provoca cambios epigenéticos en genes reguladores de la floración”, declara Crevillén, quien ha sido recientemente seleccionado dentro del programa Ramón y Cajal para continuar con sus investigaciones.

Artículo Original:
Crevillén, P; Yang, H; Cui, X; Greeff, C; Trick, M; Qiu, Q; Cao, X; Dean, C. "Epigenetic reprogramming that prevents transgenerational inheritance of the vernalized state". Nature. DOI:10.1038/nature13722

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SILVIA CALOCA CASADO
Los anillos de crecimiento de los árboles son indicadores climáticos

...Los árboles esconden sus secretos, y como las personas, su sabiduría se acentúa con la edad. Especies milenarias como la Sequoia sempervirens que tienen hasta 2.200 años de antigüedad, no sólo son grandes gigantes dignos de admiración por su belleza y magnanimidad, sino que constituyen un registro importante de climas pasados que quedan reflejados en sus anillos de crecimiento. Éstos registran cada año fluctuaciones en condiciones medioambientales como si fueran las hojas de un diario.

      Los anillos de crecimiento proporcionan un registro anual que reflejan las condiciones climáticas durante el crecimiento del árbol. De esta manera un anillo ancho se identifica con ambientes cálidos y lo contrario significa que o bien hubo la estación de crecimiento duró muy poco o bien se redujo el aporte de agua.

      La ciencia que se ocupa del estudio de los anillos de los árboles, se llama dendrocronología. Así mismo, la dendroclimatología, como su nombre indica, aplica la dendrología al estudio del clima incluyendo el estudio de patrones de los anillos, la datación y de otras características como densidad, anchura y composición isotópica. Estas propiedades reflejan las condiciones ambientales cuando el anillo se formó. Cualquier acontecimiento geológico o climático afectará al crecimiento de los anillos y quedará registrado en ellos, y esto nos permitiría asignar una fecha a dicho evento. Los registros dedocronológicos se realizan generalmente en zonas donde el crecimiento esta asociado al clima, en latitudes medias o altas donde las estaciones están bien diferenciadas en cuanto a temperatura y precipitación.

      Actualmente existen registros de anillos de hasta 10,000 años atrás en Norte América y Oeste de Europa. En general existen registros en todos los continentes menos en la Antártica.

Figura 1

Cómo se forman estos anillos?

      Si observamos una sección transversal de una confiera de cerca podemos apreciar la médula (pith) ó corazón de la sección y la corteza en la parte externa (bark). La parte interna del anillo se forma en la estación de crecimiento y se llama madera temprana ("Early wood") y la externa madera tardía ("late wood") (ver figura 2). La estación de crecimiento varía de unos lugares a otros, por ejemplo la madera temprana se forma a principios del verano en Canadá y en algunas especies del Mediterráneo, en otoño. En regiones que no están marcadas por diferencias estacionales marcadas, el desarrollo de estos anillos es relativamente pobre.

Figura 2

Figura 1 y 2. Diagramas que muestran la estructura interna de los anillos de una conífera Joven. (Fuente: NOAA, Satellite and information services).

Como se realiza la toma de muestras y datación?

      La anchura de los anillos depende principalmente de la humedad disponible y de la temperatura. La situación se complica cuando hay otros árboles cercanos y se desata una competición por el espaciado de las raíces, luz y nutrientes. Es por esto que los árboles que crecen en los márgenes son los que mejor registran cambos climáticos. Especies diferentes de árboles responden de forma diferente a las condiciones medioambientales y de esta manera, los factores involucrados pueden aislarse e identificarse fácilmente. Normalmente para este tipo de estudios se seleccionan árboles que crecen en áreas que están sometidas a un cierto estrés medioambiental, ya que, si el clima no afecta al crecimiento, no podemos extraer ninguna señal de que haya ocurrido un cambio en el mismo.

      Al recoger las muestras normalmente nos concentramos en estas zonas sensibles a los cambios, aunque debemos tener en cuenta otros factores, también involucrados, como la pendiente, el mayor o menor grado de exposición, la topografía, orientación, insolación, riesgo de inundación, etc.

      Las muestras han de estar lo más intactas posible, o sea que no posean restos de incendios, enfermedades, de actividad humana (cortes), etc. El número de muestras dependerá de la normativa, dependiendo del caso, (aconsejable 10-20 árboles por especie). El muestreo ha de ser lo más representativo posible. Acto seguido las muestras se llevan al laboratorio donde se realiza lo que se llama datación-cruzada.

Datación-cruzada (Cross-dating)

      Sabiendo que los mismos factores medioambientales afectan a una región dada, esto sugiere que los patrones característicos de anchura de anillos serán comunes en unos y otros proporcionando así pistas que nos permiten detectar los cambios climatológicos producidos en la zona. Relacionando y analizando las variaciones en las características de estos anillos especialmente los de zonas sometidas a condiciones extremas, podemos correlacionar varios grupos de anillos y así identificar el año en el que el anillo se formó. Siguiendo estos patrones de comparación se pueden relacionar regiones enteras y establecer una cronología. Estas edades se pueden a su vez comparar con otras escalas cronológicas conocidas y determinar así exactamente su edad.

Figura 3

Figura 3: El diagrama que muestra el método de datación cruzada (fuente: NOAA, Satellite and information services).

      Si intentamos calibrar las edades medidas en anillos individuales con su edad real (contando anillos) y comparándolas con métodos de datación de 14C, veremos que no coinciden ya que el contenido de 14C en la atmósfera varía con el tiempo.

Después de realizar la datación cruzada se pueden medir otras propiedades como la densidad de los anillos, contenido en isótopos (oxígeno y carbono), entre otras. Este último análisis nos permite extraer información acerca de cambios en la composición de la atmósfera y patrones de precipitación.

      Una consecuencia directa de esta técnica es el poder interpretar o reconstruir temperaturas del pasado midiendo ciertas propiedades de estos anillos. La temperatura del aire se puede asociar con el crecimiento de los anillos en lugares en los que el crecimiento de los árboles está limitado bien latitudinalmente o por altitud (Kullman 1998, Kroner 1999).

      Medidas de estos parámetros en amillos de árboles que crecen en regiones donde la temperatura afecta su crecimiento, los estudios muestran que en el siglo XX se produjo un calentamiento anormal no replicable durante los últimos 1.500 años. Se cree que actualmente el crecimiento de anillos no está condicionado únicamente por la temperatura sino, también, por el aumento de dióxido de carbono en la atmósfera (Gregory C. Wiles, 1996).

Referencias

Gregory C. Wiles a, Parker E. Calkin b, Gordon C. Jacoby a, Tree-ring analysis and Quaternary geology: Principles and recent applications, Geomorphology 16 (1996) 259-272.

Lamb,H.H,.Climate. History, and the modern world 1995

http://web.utk.edu/~grissino/ by Henri D. Grissino-Mayer, 1994-2008

Surface temperature Reconstruction for the last 2,000 years, National Research council, 2006..

http://earthguide.ucsd.edu/

http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/treering.html

http://www.microscopy-uk.org.uk/mag/indexmag.html?http://www.microscopy-uk.org.uk/mag/artjan02/treering.html

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INÉS PERALES
La alianza con los árboles
En ESPORES, la veu del Botànic-Valencia

¿Cuántas veces has dicho eso de si este árbol hablara...? A través del estudio de los anillos de crecimiento, los árboles nos cuentan el pasado y nos dan una información que no encontramos en las bibliotecas ni en Internet, es la dendrocronología.
    Esta ciencia nos permite obtener información sobre las condiciones climatológicas y ecológicas pasadas además de ofrecernos una cronología. Gracias a los árboles podemos poner fecha a algunos de los cambios que han sobrevenido al medio durante miles de años. Pero no todos los árboles tienen anillos.

 

Aprendiendo a contar

     Los tallos de los vegetales no siempre nos permiten escudriñar el pasado porque en muchos casos han sido modificados de forma artificial para el uso agrícola. Este es el caso de los estolones de las fresas, los tallos de las cuales crecen horizontalmente para alejarse de la planta madre, arraigar e independizarse, o de las patatas, las cuales tienen tallos subterráneos tuberculosos y de lo más versátiles gastronómicamente.

    Entonces, ¿de qué depende la posesión de anillos? Muchos de los árboles de nuestros jardines son gruesos y son necesarias varias personas para rodearlos, el aumento del diámetro del tallo es conocido con el nombre de crecimiento secundario. No obstante, hay otros vegetales, como las palmeras, que no engordan porque solamente presentan crecimiento primario que define el aumento de altura, por eso las palmeras no son consideradas árboles a pesar de su aspecto.

Árboles solterones

    El crecimiento secundario está restringido a las plantas conocidas con el nombre de dicotiledóneas que son aquellas en cuyas semillas hay dos hojitas primordiales llamadas cotiledones. Pero las monocotiledóneas, que tienen una sola hojita sólo presentan crecimiento primario y por lo tanto, al cortarlas no veremos anillos de crecimiento. Son las palmeras, las orquídeas o los cereales algunos ejemplos.

Un buen indicador de que una planta es monocotiledónea es la nerviación paralela de las hojas

     Al cortar un árbol se nos presentan los anillos concéntricos ordenados desde el exterior hacia el interior, de más recientes a más antiguos. Los externos son activos y transportan agua y minerales mientras que los internos presentan un color más oscuro gracias a depósitos de gomas y resinas que repelen a los insectos y no participan en el transporte de sustancias. Cada año los árboles añaden un nuevo anillo a su tronco, la anchura del cual dependerá de la bonanza del medio.

De romanos y colisiones espaciales

    Gracias a la dendrocronología hemos podido saber que los periodos de prosperidad del Imperio Romano y la Edad Media coincidieron con veranos calurosos y húmedos mientras que las sequías persistentes y las oleadas de frío se correlacionan históricamente con las invasiones bárbaras que acabaron con el Imperio Romano o la hambruna y las plagas que a tantas personas mataron en la Edad Media.

    Científicos de la Universidad de Jena han descubierto una gran concentración de isótopos radiactivos de carbono 14 y berilio 10 en los anillos de crecimiento en árboles centenarios de Japón y en depósitos de la Antártida que corresponden al año 774. Los investigadores dedujeron que este aumento de la concentración de isótopos radiactivos en ambos hemisferios tenía que ser consecuencia de la colisión de dos agujeros negros ya que que cualquier otro fenómeno, como por ejemplo una llamarada solar o la explosión de una súper nova, hubieran sido visibles desde la Tierra y habrían quedado registrados en la literatura de la época.

    El carbono 14 y el berilio 10 se forman cuando partículas con carga eléctrica procedentes del espacio chocan con los átomos de nitrógeno de la atmósfera. La radiactividad de los isótopos decae con el tiempo en los anillos en los que han quedado retenidos siguiendo una fórmula matemática conocida. Se estimó que la colisión de los agujeros negros tuvo lugar a una distancia de entre 3.000 y 12.000 parsecs (años luz) de nosotros y que no provocaría una cantidad de luz suficiente para ser percibida por nuestros ojos.

    En el Jardín Botánico de la Universidad de Valencia podemos aprender más sobre dendrocronología puesto que un antiguo Quercus macrocarpa, que fue talado debido a una enfermedad fúngica, nos muestra sus anillos. ¡Acércate y que no te lo cuenten!

    Los árboles milenarios son testigos de nuestro pasado, a través de sus anillos nos descubren la historia del planeta y también del espacio exterior. ¿Cuántos amigos necesitas para rodear uno? Visítalos y respétalos, ¡quién sabe la sabiduría que esconden repujada en sus anillos!

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MÉTODO PARA TRANSPLANTAR ÁRBOLES

La creación pertenece a la compañía australiana VicRoads, que ideó un camión con un sistema que desentierra la raíz del árbol para extraerlo y transplantarlo, al menos los de un determinado tamaño, determinadas especies y/o casos "inevitables", ya que si hacemos caso del refrán...  

"Árbol viejo trasplantau, antes seco que tomau"

El camión lleva un dispositivo con palas gigantes que permiten desenterrar las raíces para transportar al árbol a una nueva sede.

Recientemente, la compañía efectuó una intervención en obras para el mejoramiento vial en Berwick, Inglaterra, y los resultados fueron positivos. Es una idea y no parece cara, que puede permitir una segunda oportunidad a esos árboles que hemos ubicado a la ligera, o que determinadas actuaciones impedirían su sano crecimiento.

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