Cuando una planta desarrolla una raíz, no solo necesita producir nuevas células, sino también organizarlas en los lugares correctos para formar tejidos y estructuras especializadas. Este proceso, conocido como organogénesis, depende de dos circuitos que deben funcionar al unísono: por un lado, las señales genéticas que indican a cada célula qué tipo de célula debe ser; por otro, el ciclo celular, que controla cuándo y cómo las células se dividen.

Tanto en animales como en plantas se sabe que el momento del ciclo celular en el que una célula recibe las señales genéticas puede condicionar su destino. También se sabe que existe una estrecha relación entre patrones de desarrollo y división celular.

El ciclo celular tiene varias etapas. Una de ellas, la fase G1, es como un periodo estratégico: la célula crece y se prepara para duplicar su ADN. Sin embargo, no todas las células atraviesan la fase G1 con la misma velocidad. Las diferencias en el tiempo que pasan en esta etapa pueden condicionar la velocidad de crecimiento de la raíz de las plantas, además de la capacidad de las células para responder a daños en el material genético.

Si bien en animales se conocen los mecanismos genéticos que regulan estos procesos, en plantas aún no se han comprendido con detalle. Esta carencia de conocimiento se debe, en gran medida, a las dificultades para determinar la dinámica del ciclo celular en un órgano en crecimiento.

Un estudio reciente, publicado en Nature Plants y dirigido por Crisanto Gutiérrez y Bénédicte Desvoyes en el Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (CBM, CSIC-UAM) en colaboración con Krzysztof Wabnik (Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas, CBGP-UPM-INIA/CSIC), arroja luz sobre este enigma. El trabajo, utilizando la planta modelo Arabidopsis thaliana y una nueva herramienta clave desarrollada por el grupo del CBM, revela que un gradiente de duración de la fase G1 actúa como un reloj interno durante el crecimiento de la raíz.

Un reloj genético altamente regulado

Los investigadores combinaron genética, microscopía de células vivas y modelos matemáticos espaciotemporales para descubrir los mecanismos genéticos que regulan las transiciones clave del desarrollo en la raíz. Los resultados mostraron que las células no comparten un mismo reloj: cerca de la frontera del meristemo (la zona que marca el límite donde las células dejan de dividirse y empiezan a especializarse), la fase G1 dura apenas 2 horas, mientras que en las células descendientes inmediatas de las células madre, puede extenderse más de 20 horas.

Crisanto Gutiérrez, investigador del CBM, explica que “este reloj está controlado por una red genética que implica genes de desarrollo como los genes PLETHORA (PLT), conocidos por mantener la identidad de células madre en las raíces, y genes reguladores de ciclo celular como los que codifican las proteínas RETINOBLASTOMA-RELATED1 (RBR1) y KIP RELATED PROTEIN 5 (KRP5)”.

El gradiente temporal de la fase G1 no existe en estadios tempranos del desarrollo de las raíces laterales, sino que aparece más tarde, lo que sugiere que forma parte de un programa temporalmente regulado. Además, en plantas mutantes en las que el gradiente se había eliminado, las raíces mostraron mayor sensibilidad a daños en el ADN. Esto sugiere que una fase G1 prolongada protege a las células más cercanas al centro organizador de la raíz, zona clave ya que regula a las células madre.

El trabajo describe por primera vez un gradiente de duración de G1 en un órgano en desarrollo. Además, “estos hallazgos no solo aportan un nivel adicional de comprensión sobre cómo las plantas coordinan crecimiento y diferenciación, sino que también abren la puerta a aplicaciones prácticas: ajustar este reloj podría ayudar a diseñar cultivos con raíces más resistentes y eficientes en la absorción de recursos”, explica Bénédicte Desvoyes, investigadora del CBM.

En definitiva, las raíces no solo crecen siguiendo un plan genético, sino también midiendo el tiempo con un reloj interno. Un reloj que, gracias a la acción de genes clave, asegura que cada célula se divida en el momento oportuno y que la planta crezca de forma ordenada y resiliente.

Referencia

“Stem cell regulators drive a G1 duration gradient during plant root development”, Nature Plants, DOI: 10.1038/s41477-025-02109