Mutaciones en las flores

Hace un tiempo que os hablé del desarrollo de las flores de Paeonia y os contaba que las flores más complejas se pueden entender, morfológicamente, como el desarrollo de una flor dentro de otra. Aquí os dejo el enlace a esa entrada por si queréis echarle un vistazo.

Pues bien, ese tipo de flores compuestas no solo ocurre en las peonías, sino que también se puede producir en casi todas las plantas, desde cerezos, manzanos, alhelís, amapolas, rosales, margaritas, camelias y un sinfín de plantas más.

Eso ya se documentó hace varios siglos, denominándolo como una "anormalidad floral". Teofrasto, el conocido como el padre de la botánica, describió la aparición de rosas de flor doble en su libro Enquiry into Plants o Historia Plantarum, allá por el año 286 aC. Plinio el Viejo, también describió las rosas dobles en el siglo I aC. En el Renacimiento también se comenzaron a cultivar plantas de flor doble en los jardines. En esa época tenemos figuras como Rembert Dodoens describiendo flores dobles en 1568 o a John Gerard haciendo ilustraciones de esas flores dobles en 1597. Y en China, también se cultivaban peonías de flor doble por el año 750 dC y rosas de flor doble por el año 1000 dC.

Sin embargo, hubo que esperar hasta el año 1873, cuando se documentó la primera flor doble en la planta Arabidopsis y no fue hasta el año 1989 cuando Elliot Meyerowitz pudo identificar el gen responsable de esa mutación. Antes de ayer, como quien dice. Y en 1991, publica la teoría del modelo ABC para poder explicar el desarrollo floral en las plantas de Arabipdosis y de Anthirrhinum majus. Este modelo iría sufriendo mejoras y adaptaciones a lo largo de los años hasta que en el año 2001 se culmina con el modelo de los cuartetos. No voy a entrar a profundizar mucho para no liarnos, y mi intención hoy es dar unas pinceladas sobre el modelo ABC, así que el modelo de los cuartetos lo dejaré para otro día.

Para ilustraros la explicación voy a poner de ejemplo a las flores de las camelias, ya que son flores muy apreciadas y que pueden variar mucho su morfología. Si pensáis en una flor de camelia, es probable que os venga a la mente ese tipo de flor grande y con muchos pétalos, o tal vez penséis en esa flor más sencilla, con menos pétalos, pero con un montón de estambres en su interior. El caso es que el origen de esas flores tan complejas se debe a mutaciones en los genes que afectan al desarrollo de la flor. Y según la clase de genes que se vean afectados, la flor adquirirá un aspecto u otro.

Las flores de las formas silvestres de camelia son flores simples, pero con la domesticación de las plantas y la intervención humana en los programas de selección de ejemplares para su mejora genética, se llegó a que la función o la expresión de ciertos genes homeóticos que regulan el desarrollo floral de las plantas se vieran alterados. Esas alteraciones resultaron en plantas de flores dobles que resultaban más ornamentales y que, en esencia, resultaban en un mayor beneficio económico.

Dibujo representando las partes de una flor

Flor normal de Arabidopsis. Esta planta se utiliza como modelo de estudio fitobiológico.

Una flor típica está formada por sépalos, pétalos, estambres y carpelos, y cada una de estas partes está regulada por unas clases de genes distintos. Estas cuatro partes constituyen los cuatro verticilos de la flor. Si usamos el modelo ABC, podemos ver cómo se verá alterado el desarrollo floral según se vean afectados unos genes homeóticos u otros.

Fijaos en el diagrama cómo la suma de los diferentes genes para producir las diferentes partes de la flor. Sin embargo, para simplificar un poco más las cosas, nos vamos a olvidar por un momento de los genes de clase D y E y solo vamos a ver los genes A, B y C.

Según este modelo, si se pierde la función de los genes de clase A, la flor solo estará formada por carpelos y estambres. No tendrá pétalos.

Flor de Arabidopsis con mutación de clase A. No tiene pétalos.

Si se pierde la función de los genes de clase B, la flor solo estará formada por sépalos y carpelos. No tiene pétalos ni estambres, pero tiene muchos carpelos. Esterilidad masculina.

Flor de Arabidopsis con mutación de clase B.

Si se pierde la función de los genes de clase C, la flor solo estará formada por sépalos y pétalos. No tiene gametos y resultan ser flores estériles.

Flor de Arabidopsis con mutación de clase C.

Ahora que ya vimos estos tres genes, vamos a ver los otros dos que nos faltaban. El gen de clase D controla el desarrollo del óvulo, la liberación de la semilla y el desprendimiento del fruto. Esta mutación es muy buscada en la agricultura en los cultivos de grano (trigo, arroz, cebada, etc) porque impide que la semilla se desprenda de la vara ya seca y facilita su recogida con maquinaria, lo que lleva a un aumento en la rentabilidad del cultivo.

Mutación de clase D en una semilla. A la izquierda la semilla normal, a la derecha la semilla mutada.

El gen de clase E actúa como un cofactor de los genes de clase A, B y C. Las mutaciones de los genes de clase E no son muy conocidas, pero si os hablo de la rosa 'Viridiflora', seguro que ya os suena un poco más.

Comparación entre una rosa 'Viridiflora' y una rosa estándar. La rosa 'Viridiflora' es un claro ejemplo de mutación de clase E.

Todas estas mutaciones que vimos no significan que la flor pierda sus partes, sino que esas partes se transforman en otras partes diferentes. Por ejemplo, en los mutantes de clase C, los estambres y los carpelos no desaparecen, sino que se transforman en petaloides y en sepaloides.

En estas fotos que hice de una flor de camelia, se ve muy bien cómo los estambres están modificados y tienen características similares a un pétalo. En algunos incluso se ve el filamento del estambre convertido a un pétalo (o petaloide, mejor dicho) y la antera con polen.

Tal es el grado de conversión de los estambres, que algunos estudios analizaron los pétalos verdaderos de una flor sencilla de camelia y los petaloides de una flor doble con un microscopio electrónico de barrido y comprobaron que existían muy pocas diferencias morfológicas en las células de ambas partes.

A: flor simple, B: flor anémona, C: flor doble completa. D-E: células epidérmicas de la cara superior e inferior de los pétalos de la flor simple. F-G: células epidérmicas de la cara superior e inferior de los pétalos de la flor anémona. H-I: células epidérmicas de la cara superior e inferior de los pétalos de la flor doble completa.

Aprovechando el contexto de las camelias, os quería explicar que existen 6 grupos de flores en función de su complejidad y clase de mutación. Tened en cuenta siempre que casi todas estas mutaciones son a partir de la cantidad de estambres que se transforman en petaloides y en algunas ocasiones, incluso se ve afectado el pistilo. Intenté ordenar los tipos de flores según la cantidad de estambres transformados.

En el extremo izquierdo tenemos a la flor simple con todos los estambres y pistilo intactos y en el extremo derecho tenemos una flor más compleja en donde todos sus estambres y pistilos se convirtieron en petaloides. Y en el rango intermedio tenemos los diferentes grados de transformación parcial de los estambres.

Aquí os dejo otro dibujo con las flores de mayor tamaño para ver mejor las diferencias entre ellas y una explicación para entenderlas mejor.

• Flor simple: una fila de 5 a 8 pétalos y con estambres visibles en un círculo central. Ej: Camellia 'Apple Blossom', 'Baronesa de Soutelinho', 'Tulip Time'.
• Flor semidoble: dos o más filas de pétalos (más de 8) lisos o rizados y con estambres visibles. Ej: Camellia 'Freedom Bell', 'Ginryü', 'Inspiration'.
• Flor anémona: una o más filas de pétalos externos que rodean un centro globular formado por estambres y petaloides. Ej: Camellia 'Do Pozo', 'Sangre de Pichón'.
• Flor peonía: flor globular con mezcla de pétalos irregulares y petaloides, y estambres. Ej: Camellia 'Debbie', 'Kramer's Supreme', 'Maroon and Gold'.
• Flor doble incompleta: pétalos numerosos y superpuestos. Estambres visibles solo cuando la flor está completamente abierta. Ej: Camellia 'Cereixa de Tollo', 'High Fragance', 'R. L. Wheeler'.
• Flor doble completa: numerosas filas de pétalos superpuestos. Sin estambres y sin pistilo. Ej: Camellia 'Incarnata', 'Millarenga', 'Vergine di Collebeato'.

Como ejercicio, os dejo varias fotos de flores de camelias que fui haciendo estas semanas para que me digáis en los comentarios a qué grupo de flor (si es una flor simple, semidoble, anémona, etc) y qué clase de mutación genética está involucrada (clase A, B, C, D o E) si es que tienen alguna.

Foto 1

Foto 2

Foto 3

Foto 4

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Foto 6

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Foto 8

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Fijaros lo que decía Goethe en su obra Un intento para interpretar la metamorfosis de las plantas (Versuch die Metamorphose der Pflanzen zu erklaren). Esa publicación es de 1790, aún faltaba casi un siglo para empezar a conocer la genética de las plantas gracias a Mendel y sus guisantes con la publicación de Experimentos sobre hibridación de plantas (Versuche über Plflanzenhybriden) en 1865, pero ya hablaba de unos "jugos" que hacían transformar unas partes de una flor en otras:

"... también deberíamos decir que un estambre es un pétalo contraído, como que un pétalo es un estambre en expansión; o que el sépalo es una hoja caulinar contraída aproximándose a cierto estado de refinamiento, como que una hoja caulinar es un sépalo expandido por el influjo de jugos más bastos".

En resumen, la ciencia es verdaderamente maravillosa en su capacidad para revelar los misterios del universo y brindarnos una comprensión más profunda del mundo que nos rodea descubriendo los secretos de la naturaleza.

Información obtenida de: aquí, aquí, aquí, aquí, aquí y aquí.