La Coliflor: Desarrollo Genético, Ecofisiología y Evolución

La coliflor (Brassica oleracea var. botrytis) es una variedad de la especie Brassica oleracea, en el grupo de cultivares Botrytis de la familia Brassicaceae. Se trata de una planta anual que se reproduce por semillas. La inflorescencia inmadura forma una pella, que es la parte empleada para su consumo, rodeada de gruesas hojas verdes. Corresponde al meristemo floral hipertrofiado y carnoso. Su tamaño puede alcanzar los 30 cm de diámetro y puede llegar a pesar más de 2 kg. El color de la carne puede ser blanco amarillento, verde o violeta según la variedad cultivada.

La coliflor se ha convertido en un ingrediente cada vez más popular en la gastronomía contemporánea, valorada por su versatilidad, beneficios nutricionales y su capacidad para imitar otros ingredientes en platos a base de plantas y bajos en carbohidratos. Puede prepararse al vapor, asada, frita, estofada, hervida o gratinada.

Orígenes y Evolución de la Coliflor

La coliflor proviene probablemente de la col silvestre griega (Brassica cretica). Fue introducido en el Cercano Oriente donde aparentemente fue seleccionado. Es citado por Ibn al'Awwam en el siglo XII+. Llamada col de Siria, col de Chipre, luego col de Candia (isla de Creta) y col de Malta, esta sucesión de nombres muestra su paso de Oriente a Occidente hasta llegar a Italia donde llegó en el siglo XVI. Se diversificará enormemente a través del contacto con otras coles que se cultivan ahí desde hace mucho tiempo.

Se cree que fue creada por los agricultores de brócoli en la región mediterránea hace más de dos mil años. Su nombre proviene de la palabra italiana cavolfiore, que significa «flor de repollo».

Análisis Genético y Origen a partir del Brócoli

Un equipo de especialistas en fitomejoramiento del Laboratorio Estatal Clave de Biomejoramiento Vegetal de la Academia de Ciencias Agrícolas de Tianjin (China) y otras instituciones ha revelado, mediante análisis genético, algunos de los cambios que ha experimentado la coliflor a lo largo de su evolución.

Investigadores de China analizaron 971 genomas de la coliflor y otras plantas relacionadas. Al hacerlo, produjeron lo que describen como un mapa de variación genómica que, según sugieren, puede servir como genoma de referencia de alta calidad para la coliflor. También descubrieron que la planta derivaba del brócoli y que su progresión era gradual. En su artículo publicado en la revista Nature Genetics, el grupo describe su estudio de la planta y lo que aprendieron de ella. También encontraron tres genes que el equipo describe como importantes en el cambio evolutivo de la planta a partir del brócoli: CAULIFLOWER1 (CAL1), CAL2 y FRUITFULL (FUL2). Descubrieron que los tres genes desempeñan un papel importante en la formación de los verticilos apretados que son características principales de la cuajada de la cabeza.

Fisiología y Desarrollo de la Coliflor

El desarrollo de la planta se caracteriza por el control integrado de división celular y procesos de especificación de identidad celular. El gen Arabidopsis HOBBIT (HBT) parece tener una función en el control del ciclo celular y la especificación del destino celular de los tipos específicos de célula. Esta es la primera vez que se ha demostrado a nivel molecular que un gen de planta conecta la progresión del ciclo celular y la percepción de señales de patrones.

Regulación Genética del Desarrollo Vegetal

La presente invención se sitúa en el campo del desarrollo de plantas. 5 genes aislados y caracterizados son requeridos para el desarrollo correcto de una planta, así como también mutantes de los mismos y el uso de dichos genes mutantes o del tipo natural para modificar el desarrollo de la planta. Dichos genes se pueden utilizar adicionalmente para imitar o modificar los efectos relacionados con auxina.

El desarrollo de la planta y/o el establecimiento de patrones celulares que subyacen a los diferentes tejidos de planta y órganos. La identificación de dichos genes se basa usualmente en el aislamiento de plantas Arabidopsis thaliana mutagenizadas que exhiben aberraciones fenotípicas extremas o menos extremas en órganos tal como flores, hojas o raíces o que exhiben defectos más tempranos, por ejemplo durante el desarrollo del embrión.

• Genes que controlan la identidad del órgano de flor: Incluyen LEAFY (LFY), APETALA1 (AP1) y APETALA2 (AP2).
• Genes implicados en las últimas etapas del patrón de identidad de órgano de flor: Incluyen APETALA3 (AP3), PISTILLATA (PI) y AGAMOUS (AG).
• Genes que controlan el número de órganos de flor: Incluyen CLAVATA1 (CLV1), CLAVATA3 (CLV3), ETTIN (ETT), PERIANTH (PAN) y TOUSLED (TSL). TOUSLED también regula el tamaño del órgano de flor.
• Regulación del florecimiento: Está regulado mediante por ejemplo los genes CONSTANS (CO) y LUMINIDEPENDENS (LD).
• Mantenimiento del meristema de inflorescencia: Se puede mantener en un estado indeterminado mediante por ejemplo el gen de TERMINAL FLOWER 1 (TFL).

La formación de inflorescencia con forma de pin, sin envoltura, se observa en plantas A. thaliana mutadas en el gen PIN-FORMED1 (PIN1). El desarrollo del meristema apical de brote (que es la fuente de hoja y primordia de flor) se basa en por ejemplo WUSCHEL (WUS), mientras que su mantenimiento depende de por ejemplo el gen de factor de transcripción homeosecuencia similar a KNOTTED SHOOT MERISTEMLESS (STM) y, durante el desarrollo embrionario, en el gen ZWILLE (ZLL). El tamaño de meristema se regula en el desarrollo temprano mediante por ejemplo el gen PRIMORDIA TIMING (PT) y en etapas posteriores mediante por ejemplo CLV1. El índice de formación de hoja se aumenta en mutantes clavata. La separación de órganos que emanan del meristema apical de brote y la separación de órganos entre sí se basa en por lo menos los genes CUP-SHAPED COTYLEDON (CUC1 y CUC2) y en AINTEGUMENTA (ANT). El inicio de formación de órgano lateral del meristema apical de brote requiere los genes MGOUN (MGO). El desarrollo de hoja se controla por un número de genes que incluyen ARGONAUTE1 (AGO1), PHABULOSA (PHB) y PHANTASTICA (PHAN). La formación de Tricoma de células epidérmicas de hoja implica por ejemplo genes GLABROUS1 (GL1), GLABRA2 (GL2), TRANSPARENT TESTA GLABRA (TTG), TRIPTYCHON (TRY) y ZWICHEL (ZWI). El patrón de estomas se basa por ejemplo en GL2 y TTG.

Regulación de la Raíz

El destino de las células epidérmicas de raíz está controlado por genes tal como GL2, TTG y CAPRICE (CPC). El GL2 y TTG reprimen la formación de capilares de raíz, mientras que CPC, un factor de transcripción tipo MYB, es un regulador positivo del destino celular de capilares de raíz. El establecimiento de la corteza de raíz y la endodermis de raíz de tejido del suelo involucran los genes SCARECROW (SCR) que codifican un regulador transcripcional putativo y el relacionado SHORT-ROOT (SHR). El SCR y SHR también pueden estabilizar la identidad de célula endodérmica. El gen MONOPTEROS (MP) se requiere para el inicio de raíz e hipocotilo. Dependiendo de la resistencia del alelo mutante mp faltan ya sea la raíz o la raíz y el hipocotilo.

Se muestra que un locus de gen identificado como HOBBIT (HBT), está implicado en la formación de meristema de raíz. Los alelos mutantes hbt fuertes resultan en actividad de meristema de raíz deteriorada. Otros defectos en raíces de plántula mutante hbt se unen a la falta de establecimiento de columnela e identidades de células de caliptra de raíz lateral. Los fenotipos mutantes hbt se pueden rastrear para defectos tempranos en el desarrollo de la región de células hipofisiarias embrionarias.

La producción o la percepción de auxina no son defectuosas de manera general en mutantes hbt, sin embargo, la función del gen HBT queda por esclarecer. Uno de los problemas que destacan la presente invención es proporcionar el gen HBT aislado y sus funciones junto con aplicaciones particularmente útiles de dicho gen en agricultura, horticultura, y cultivos de tejidos y células de planta. Se logra una solución al proporcionar las realizaciones caracterizadas en las reivindicaciones.

El Gen HOBBIT (HBT) y su Función

El gen Arabidopsis HOBBIT (HBT) parece tener una función en el control del ciclo celular y la especificación del destino celular de los tipos específicos de célula. El gen HBT se considera una molécula clave en los procesos biológicos de la célula. El genotipo embrionario temprano del mutante hbt muestra notablemente similitudes con tres mutantes implicados en respuestas de auxina: monópteros (Hardtke y Berleth, 1998), resistente a auxina (axr) (Bobbie et al. 2000) y bodenlos (Hamann et al. 1999). En todos estos mutantes los planes de división en la célula hipofisaria se desvían de lo normal, lo que resulta en una falla para producir los derivados de esta célula, el centro inactivo, el capilar de raíz y el meristema de raíz.

Las características embrionarias y post-embrionarias del fenotipo hbt se pueden subdividir en dos clases, una relacionada con la división celular y una relacionada con el destino celular. Se ha demostrado que la actividad del gen HBT se requiere para la especificación del destino celular en las puntas distales de raíz. Adicionalmente, en células de no raíz de mutantes hbt, los inventores encuentran de forma sorprendente la expresión del marcador específico de raíz (figura 3).

Como plántulas de A. thaliana del mutante hbt exhiben la expresión ectópica del marcador específico caliptra de raíz 35S::B2 vinculado funcionalmente a GUS en las hipocotiledóneas y en las cotiledóneas, los inventores concluyen que la determinación estable de destino celular en células de no raíz también requiere la actividad HBT funcional. También la formación ectópica de los capilares de raíz en las partes aéreas de planta del mutante hbt confirma este nuevo hallazgo (Figura 3).

Defectos de Identidad Celular en Mutantes hbt

La Figura 4 muestra adicionalmente que el establecimiento de la identidad de las células que forman el centro inactivo de puntas de raíz se pierde en plántulas A. thaliana de mutante hbt. El patrón de expresión del promotor QC4 se fusiona a GUS (pQC4::GUS), que es un marcador específico de región para el centro inactivo, ha desaparecido totalmente en el mutante hbt comparado con el centro inactivo tipo natural. El promotor SCARECROW (SCR) ligado a GUS (pSCR::GUS), que es un marcador específico para la endodermis de raíz se limita a la parte distal. Debido a que solo el centro inactivo de plántulas A. thaliana de mutante hbt se altera (Figura 4), existe una especificidad basal del defecto de especificación hbt. Estos resultados aplican la función del gen HBT en establecer la región de meristema de raíz distal como se discute en Willemsen et al. (1998).

Otro defecto vinculado a mutaciones en el gen HBT se relaciona con morfología celular. La elongación de las células epidérmicas nuevamente formadas parece ser deteriorada por plántulas A. thaliana de mutante hbt y el cultivo de dichas células resulta en su hinchazón. Este fenotipo hinchado se ilustra en la Figura 5.

Propuesta de Patente sobre el Gen HBT

La presente invención se relaciona adicionalmente con un mutante funcionalmente inactivo de la proteína como se definió anteriormente que comprende una secuencia de aminoácidos como se da en cualquiera de la SEQ ID NOs 24 a 30 o se codifica por cualquiera de los ácidos nucleicos como se da en cualquiera de la SEQ ID NOs 10 a 23. La presente invención también se relaciona con un vector que comprende una secuencia de ácidos nucleicos como se definió anteriormente. La presente invención también se relaciona con un vector como se definió anteriormente que es un vector de expresión en donde dicha secuencia de ácidos nucleicos se vincula funcionalmente a una o más secuencias de control que permiten la expresión en células anfitrionas procarióticas y/o eucarióticas.

La presente invención se relaciona con un método para producir un polipéptido como se definió anteriormente que comprende cultivar una célula anfitriona como se definió anteriormente bajo condiciones que permiten la expresión de dicho polipéptido y recuperar dicho polipéptido producido del cultivo. La presente invención se relaciona adicionalmente con un anticuerpo que reconoce específicamente una proteína que regula el desarrollo de la planta o un mutante funcionalmente inactivo de la misma como se definió anteriormente o que reconoce inmunológicamente partes activas o epítopos específicos de la misma.

La presente invención se relaciona con un método para efectuar la expresión de una proteína que regula el desarrollo de la planta como se definió anteriormente que comprende la introducción de un ácido nucleico que codifica un polipéptido como se definió anteriormente directamente en una célula, un tejido o un órgano de una planta. La presente invención también se relaciona con un método para la producción de plantas transgénicas, células de planta o tejidos de planta que comprende la introducción de una molécula de ácido nucleico como se definió anteriormente en un formato que se puede expresar o un vector como se definió anteriormente en dicha planta, célula de planta o tejido de planta. La presente invención se relaciona con un método como se definió anteriormente que comprende adicionalmente regenerar una planta de dicha célula de planta.

La presente invención también se relaciona con una célula de planta transgénica que comprende una secuencia de ácidos nucleicos como se definió anteriormente, que se vincula funcionalmente a elementos reguladores que permiten la transcripción y la expresión de dicho ácido nucleico en células de planta y en donde dicho ácido nucleico se integra establemente dentro del genoma de dicha célula de planta. La presente invención se relaciona con una planta transgénica o tejido de planta que comprende una célula de planta transgénica como se definió anteriormente. La presente invención también se relaciona con una parte que se puede cosechar o un propágulo de una planta como se definió anteriormente en donde dicha parte que se puede cosechar o dichos propágulos comprenden una célula de planta transgénica como se definió anteriormente. La presente invención también se relaciona con una parte que se puede cosechar como se definió anteriormente que se selecciona del grupo que consiste de semillas, hojas, frutos, cultivos de tallo, rizomas, tubérculos y bulbos. La presente invención también se relaciona con la progenie derivada de una planta o partes de planta o propágulos como se definió anteriormente, que comprende un ácido nucleico como se definió anteriormente.

Ecofisiología de la Coliflor

El objetivo de esta tesis fue estudiar la ecofisiología de coliflor, en particular la influencia de las variables ambientales sobre las fases fenológicas del cultivo. Se realizaron experimentos para estudiar:

1. Los cambios morfológicos e histoquímicos del meristema apical del tallo (SAM).
2. El efecto de la temperatura, el fotoperíodo y la intensidad lumínica sobre la juvenilidad.
3. El efecto del estrés por confinamiento radical previo al trasplante sobre el desarrollo.
4. Los requerimientos de tiempo termal y fototermal para la iniciación de las hojas.
5. El efecto de los fotoasimilados sobre la diferenciación del SAM.
6. El efecto de la nutrición mineral.
7. La participación de las hormonas.
8. La temperatura, el fotoperíodo y la vernalización sobre la inducción de la pella.

Fases de Desarrollo y Factores Ambientales

Se concluyó que la fase juvenil finaliza cuando el diámetro del SAM es de 0,20 mm, y la inductiva cuando supera los 0,55 mm. En esta transición de fases hay un incremento en la actividad mitótica, teniendo los carbohidratos una función clave. A excepción de la temperatura, no pudo demostrarse un efecto del fotoperíodo sobre la juvenilidad, aunque sí de la integral lumínica. El estrés por confinamiento radical antes del trasplante se tradujo en un menor desarrollo y rendimiento.

Uno de los resultados más sorprendentes se vinculó con el incremento en la liberación de etileno, la aparición de aerénquimas incipientes en el córtex radical, revelando la existencia de hipoxia. También fueron medidos cambios en las concentraciones de ácido abscísico (ABA) e indolacético (AIA). Al estudiar la relación fuente-destino, se confirmó el importante papel que juegan la sacarosa sobre la tasa de diferenciación del SAM.

Nutrición y Vernalización

Se estableció la importancia de la nutrición mineral en el desarrollo del cultivo, habiéndose establecido un rango de requerimientos óptimos de nitrógeno, debido a que un exceso causó la aparición de algunas fisiopatías en la pella. El déficit, tanto de nitrógeno como del resto de los nutrientes esenciales, provocó un retraso en el desarrollo del SAM. Se pudo demostrar la dependencia absoluta de la vernalización en genotipos de grupo de madurez (GM) tardío, y se pudo detectar la posible influencia del fotoperíodo largo en los genotipos de GM tempranos e intermedios. La amplificación del perfil obtenido del RAPD, confirmó las diferencias genéticas entre cultivares de diferentes GM.

Posteriormente, y desde una perspectiva epigenética, la expresión génica en la ruta de la vernalización, constituyó un estudio novedoso en coliflor. La expresión de los genes claves como VRN1, FRI y FLC, permitieron descubrir la existencia de mecanismos diferentes de inducción de la pella en coliflores de diferentes GM, confirmando los resultados de los experimentos anteriores.

Cultivo y Cosecha de la Coliflor

Las condiciones climáticas son un factor limitante para la producción de coliflor. Las coliflores trasplantables pueden producirse en contenedores como pisos, semilleros o campos. El trasplante al campo suele comenzar a finales de la primavera y puede prolongarse hasta mediados del verano. La distancia entre hileras es de unos 38-46 cm (15-18 pulgadas).

Cuando la coliflor está madura, las cabezas son de color blanco claro, compactas y de 15-20 cm (6-8 pulgadas) de diámetro, y deben enfriarse poco después de la cosecha. Para una conservación óptima, puede ser necesaria la refrigeración por aire forzado para eliminar el calor del campo durante las épocas calurosas.

Este año uno de los cultivos estrella en muchos de los huertos de la red han sido las coliflores, aunque también los brócolis. En ese momento, tal y como están en la foto que nos han mandado desde la EEI Sanserito, es el momento de cosechar. Aunque nos parezca que nos han quedado un poco «pequeños» respecto a lo que estamos acostumbrados a ver en el supermercado. No van a seguir aumentando de tamaño, y corremos el riesgo de «perder» la cosecha porque empiezan a desarrollar su flor.

Semilla y Propagación

Los brócolis y coliflores pertenecen a la misma familia que los rabanitos, los repollos o lombardas: las brasicáceas o crucíferas. Lo que nos comemos en el caso de brócolis y coliflores son en realidad las cabezas florales, donde se desarrollarán las flores. Las flores son pequeñas y tienen 4 pétalos, que forman una especie de cruz (por eso el nombre de crucíferas). Cuando suben las temperaturas en primavera (si las hemos plantado durante el otoño-invierno) desarrollan sus flores. Tras las flores y la polinización, se formarán los frutos, que son unas pequeñas vainas en las que se encuentran las semillas. Para guardar las semillas, hay que dejar que las vainas comiencen a secarse en la propia planta, adquiriendo un tono marrón.

Variedades y Nutrición

La coliflor es una fuente poderosa de nutrientes, llena de fibra, vitaminas C y K, y antioxidantes, lo que la convierte en una excelente opción para quienes buscan aumentar su ingesta de vegetales.

Tipos de Coliflor

• Coliflor naranja: Contiene betacaroteno como pigmento.
• Coliflor verde: Está disponible en forma de inflorescencia normal o con una inflorescencia fractal llamada brócoli romanesco. Ambos están disponibles comercialmente en Estados Unidos y Europa desde principios de la década de 1990. Las variedades de cabeza verde incluyen 'Alverda', 'Green Goddess' y 'Vorda'.
• Coliflor morada: El color morado de esta coliflor se debe a la presencia de antocianinas, pigmentos solubles en agua que se encuentran en muchas otras plantas y productos vegetales, como la col lombarda y el vino tinto.

tags: #semilla #de #coliflor #microscopio