Innovación tecnológica con pequeñas moléculas sintéticas para promover la embriogénesis y regeneración in vitro de plantas en mejora agrícola y forestal

Un trabajo recientemente publicado en la revista Journal of Experimental Botany, por el grupo del Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas dirigido por la Dra. Pilar S. Testillano, en colaboración con las expertas en química biológica, las Dras. Ana Martínez y Carmen Gil, demuestra por primera vez en plantas que ciertas pequeñas moléculas inhibidoras de la enzima glucógeno sintasa quinasa 3β (GSK-3β) de mamíferos aumentan la tasa de reprogramación celular y la producción de embriones somáticos en varias especies cultivadas, concretamente en colza, cebada y alcornoque.

Las técnicas de regeneración in vitro de plantas, como la embriogénesis somática, son esenciales en biotecnología y mejora agroforestal, para el desarrollo de nuevas variedades y propagación de árboles más productivos y resilientes a los cambios ambientales. Estas técnicas permiten propagar clonalmente individuos “élite” con características superiores, producir plantas doble-haploides a partir de polen para acelerar los programas de mejora, y regenerar plantas completas después de edición génica o transformación. Esta tecnología se basa en la reprogramación de células somáticas para producir embriones capaces de germinar y regenerar plantas completas. Sin embargo, la embriogénesis somática es muy poco eficiente en numerosas especies de interés económico, lo que limita la explotación de esta tecnología.

Las moléculas sintéticas inhibidoras de la GSK-3β, diseñadas inicialmente para terapias de distintas enfermedades neurodegenerativas, habían demostrado efectos positivos en la reprogramación de células madre neurales y en la neurogénesis in vivo en humanos. Berenguer et al. demuestran por primera vez su potencial en la embriogénesis in vitro de plantas.

Los resultados del estudio demuestran que estas moléculas activan la ruta de señalización de los brasinosteroides, probablemente a través de la inhibición de la GSK3-BIN2, e inducen la expresión de genes de embriogénesis, como FUS3, LEC2 y AGL15, y de biosíntesis de auxina, como TAA1.

Estos descubrimientos pioneros constituyen una innovación tecnológica de gran interés para el sector agrobiotecnológico y abren la vía a nuevas estrategias para la regeneración in vitro de plantas empleando inhibidores de GSK-3, que podrían extenderse a otras muchas especies de interés agronómico y forestal. El hallazgo ha dado lugar a una patente por la que ya han demostrado interés varias compañías del sector viverístico y agrobiotecnológico.  

Referencia: Small molecule inhibitors of mammalian GSK-3β promote in vitro plant cell reprogramming and somatic embryogenesis in crop and forest species. Eduardo Berenguer, Elena Carneros, Yolanda Pérez-Pérez, Carmen Gil, Ana Martínez, Pilar S. Testillano (2021) Journal of Experimental Botany. DOI: 10.1093/jxb/erab365.