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Heteroblastia (botánica)

Heteroblastia en una especie de planta de Mauricio, Tarenna borbonica
Heterofila en Coriandrum sativum.

La heteroblastia es el cambio significativo y abrupto en la forma y función que ocurre durante la vida de ciertas plantas. Las características afectadas incluyen la longitud de los entrenudos y la estructura del tallo, así como la forma, el tamaño y la disposición de las hojas . [1] No debe confundirse con la heterofilia estacional , donde el crecimiento temprano y tardío en una temporada son visiblemente diferentes. [2] Este cambio es diferente de un cambio homoblástico que es un cambio gradual o poco cambio, por lo que hay poca diferencia entre las etapas juvenil y adulta. [3] Algunas características afectadas por el cambio heteroblástico incluyen la distancia entre hojas sucesivas (longitud del entrenudo) y la estructura del tallo , así como la forma, el tamaño y la disposición de las hojas . [1] La heteroblastia se encuentra en muchas familias de plantas, así como solo en algunas especies dentro de un género. Se cree que esta distribución aleatoria de plantas heteroblásticas entre especies es causada por una evolución convergente . [4]

Las etapas de desarrollo más tempranas y más tardías comúnmente se denominan juveniles y adultas respectivamente, particularmente en relación con las hojas. [5] Por lo tanto, el cambio heteroblástico a menudo se denomina " cambio de fase vegetativa " (distinto del cambio de fase reproductiva) en la literatura de biología molecular vegetal. [6]

El término heteroblastia fue acuñado por el botánico alemán Karl Ritter von Goebel , junto con homoblastia para plantas con características foliares que no cambian significativamente. Leonard Cockayne observó que la heteroblastia se producía en una proporción inusualmente alta de especies de árboles nativos de Nueva Zelanda. [7]

Orígenes

Hay dos formas de observar cómo se desarrolló la heteroblastia. El primero es observar la evolución de la heteroblastia y el segundo es considerar las interacciones ecológicas de las plantas heteroblásticas.

Evolución

Muchos plantean la hipótesis de que la heteroblastia es el resultado de la selección natural de especies que pueden sobrevivir mejor en entornos con poca y mucha luz. A medida que una planta crece en el bosque, experimenta cambios predecibles en la intensidad de la luz. Teniendo esto en cuenta, una planta que cambia la morfología de sus hojas y su filotaxia para adaptarse mejor a estos cambios en la intensidad de la luz podría ser más competitiva que una que solo tiene la forma de sus hojas y su filotaxia. [3] También se plantea la hipótesis de que el desarrollo de árboles heteroblásticos precedió al desarrollo de formas de arbustos divaricados , que ahora son muy comunes en Nueva Zelanda . Se cree que estos arbustos son una mutación de los árboles heteroblásticos y han perdido la capacidad de desarrollarse hasta la etapa adulta, por lo que son muy similares a los árboles heteroblásticos en su forma juvenil. También se ha observado que las especies heteroblásticas no provienen de un único punto de origen, sino que se encuentran en muchas especies diferentes y no relacionadas, por lo que se cree que debe haber ocurrido una evolución convergente a gran escala para que tantas plantas no relacionadas exhiban comportamiento similar. [4]

Ecología

La heteroblastia puede afectar a todas las partes de la planta, pero las hojas son los ejemplos más comunes y, con diferencia, los más estudiados. Se ha planteado la hipótesis de que los cambios heteroblásticos se deben a cambios en la exposición de la planta al sol, porque muchas especies pasan sus años juveniles en el sotobosque y luego crecen hasta la madurez, donde forman parte del dosel superior y, por lo tanto, tienen una exposición total al sol. . Esto no se ha estudiado bien porque las plantas heteroblásticas comunes son leñosas y tardan mucho en crecer, como el Eucalyptus grandis . [1] Las plantas juveniles tienden a enfrentar más competencia y deben hacer adaptaciones especiales para tener éxito que luego son innecesarias como planta madura. Por ejemplo, una muestra en un bosque denso debe crecer rápidamente para tener éxito al principio, pero una vez que se ha establecido, la mayoría de las plantas leñosas ya no compiten severamente con sus vecinas y, por lo tanto, las adaptaciones necesarias como planta juvenil ya no son necesarias. Esto puede provocar un cambio en el crecimiento en la madurez a medida que el árbol se enfrenta a nuevos factores ambientales. [7] Como la necesidad de resistir nuevos patógenos o parásitos. [8]

Mecanismo

A nivel celular, existen diferentes formas en que una planta controla su crecimiento y desarrollo. Hay señales internas y externas que resultan en un cambio en la respuesta de la planta. Las plantas también tienen patrones de crecimiento genéticos predeterminados.

Señalización

Se sabe que las hormonas regulan el cambio heteroblástico en las plantas. Una hormona que se ha identificado es la giberelina . En un estudio, se utilizó para revertir espontáneamente la forma madura de Hedera helix (una hiedra inglesa común) a su forma juvenil. Después de ser rociadas con ácido de giberelina, algunas de las hiedras comenzaron a producir raíces aéreas que son características de la forma juvenil, así como hojas trilobuladas, otra característica. [9] También se plantea la hipótesis de que las auxinas y las citoquininas, cuando trabajan juntas, pueden provocar un cambio repentino en la filotaxia de plantas heterogenéticas. [1] Se ha descubierto que el gen ABPH1 codifica la citoquinina y, cuando se modifica en un mutante, afecta la capacidad de la planta para regular la filotaxia del tallo. [10] La hipótesis se basa principalmente en estudios realizados en plantas no heteroblásticas, por lo que no es seguro que éstas sean la causa de los cambios repentinos en una planta heteroblástica. Un cambio dramático en el tamaño de las hojas es otro ejemplo de un cambio heteroblástico en las plantas y los investigadores han buscado en estudios realizados en plantas no heteroblásticas respuestas sobre qué hormonas y genes podrían regular estos cambios. Se ha descubierto que Aintegumenta es uno de estos genes reguladores que regulan el crecimiento celular. [11] Se cree que muchos genes están involucrados en la regulación del tamaño de la hoja y estos genes no interactúan estrechamente, lo que significa que no son causados ​​por un regulador maestro, sino que son parte de muchas vías diferentes. [1]

Genética

Algunas plantas modelo más comunes incluyen Arabidopsis thaliana (nombre común: berro oreja de ratón ), Antirrhinum majus (nombre común: boca de dragón ) y Zea mays (nombre común: maíz). Algunos autores han argumentado que estas especies no son modelos útiles para el estudio de la expresión génica en plantas heteroblásticas porque ninguna de ellas expresa rasgos heteroblásticos obvios. [1] Los investigadores en esta área de estudio pueden utilizar Arabidopsis hasta cierto punto para el estudio, ya que sufre algún cambio de la fase juvenil a la fase madura, pero no es claramente heteroblástica. Si asumimos que el proceso de cambio es similar y utilizamos regulaciones similares, podemos usar Arabidopsis para analizar las causas del cambio en el crecimiento de las plantas que pueden estar ocurriendo de la misma manera pero de manera más dramática en plantas heteroblásticas y, por lo tanto, solo se puede usar para analizar cambios heteroblásticos. . Sin embargo, esto implica muchas suposiciones, por lo que los investigadores están buscando otras plantas para utilizarlas como sujetos modelo. El problema con esto es que la mayoría de las plantas que muestran un crecimiento heteroblástico son plantas leñosas. Su esperanza de vida es mucho más larga en general y, a diferencia de Arabidopsis, se conoce o mapea muy poco de sus genomas. Una especie prometedora es Eucalyptus grandis . Este árbol se cultiva comúnmente debido a sus múltiples usos para tés, aceites y madera. [12] El árbol en general está creciendo rápidamente y ampliamente debido a sus múltiples usos, por lo que es uno de los mejores candidatos para la secuenciación del genoma, que se está realizando ahora para que el árbol pueda estudiarse mejor en el futuro. Ya existe un mapa completo de loci de rasgos cuantitativos para los rasgos juveniles. [13]

Ejemplos

Estas plantas son algunos de los ejemplos comunes de plantas heteroblásticas que se encuentran a menudo en los estudios y están lejos de ser una lista exhaustiva. Todos los enumerados son plantas, porque son los únicos organismos que se ha encontrado que sufren este cambio de crecimiento; hasta donde se sabe hasta el momento, está ausente en animales, hongos y microbios.

  1. Lightwood ( Acacia implexa ) es un árbol de madera rápida que se encuentra en Australia [14]
  2. El jengibre en espiral ( Costus pulverulentus C.Presl) es una hierba que se encuentra en América del Sur [15] y se encuentra principalmente en Nicaragua [16] y se usa como medicina tradicional en tés para el dolor y la inflamación. También se utiliza para tratar el cáncer. [17]
  3. La madera de lanza ( Pseudopanax crassifolius ) es originaria de Nueva Zelanda [18]
  4. Pōkākā ( Elaeocarpus hookerianus ) originario de Nueva Zelanda [18]
  5. Árbol del cubo de agua o hoja de arce ( Carpodetus serratus ) originario de Nueva Zelanda [18]

Distribución geográfica

Esta es una lista de lugares en los que se han encontrado y documentado comúnmente plantas heteroblásticas, pero no es una lista completa de todos los lugares, ya que las plantas heteroblásticas pueden ser difíciles de identificar y no aparecen en familias de manera predecible.

Procesos similares

Los procesos que a menudo se confunden con la heteroblastia incluyen:

  1. La homoblastia es el primer ejemplo de esto. Para entender la heteroblastia primero hay que entender que la homoblastia es diferente. El cambio homoblástico es el ligero cambio que experimenta una planta durante un largo período de tiempo a medida que crece hasta la madurez. Ejemplos de esto son las hojas de una planta que crecen un poco más con el tiempo a medida que madura o el tronco de un árbol que crece en circunferencia. [1]
  2. Heterofilia es otro término que a menudo se usa indistintamente con heteroblastia. El proceso de heterofilia se refiere a cambios específicos en la morfología de las hojas que conducen a variaciones en la forma o el tamaño de las hojas en una sola planta. Este tipo de cambio se ve cuando se estudian las hojas individuales y se comparan; esto es diferente a la heteroblastia en la que todo el follaje cambia dramáticamente pero en su mayor parte de manera uniforme. Una planta heteroblástica puede tener cambios heterofílicos pero no son iguales. [19]
  3. La plasticidad fenotípica también cambia la estructura de las plantas, pero no debe confundirse con la heteroblastia. La plasticidad fenotípica se produce cuando un individuo puede utilizar los mismos genes para crear un fenotipo diferente basándose en señales ambientales. [20] Como cuando una planta está adaptando su sistema inmunológico a un nuevo patógeno o cuando un reptil cambia de sexo en función de colas ambientales. [21] La diferencia aquí es que la heteroblastia no depende completamente del medio ambiente, aunque puede verse afectada por él, y ocurre durante toda la madurez de la planta en lugar de en puntos aleatorios debido a un cambio ambiental. [1]

Ver también

Referencias

  1. ^ abcdefgh Zotz G, Wilhelm K, Becker A (junio de 2011). "Heteroblastia: una revisión". La revisión botánica . 77 (2): 109-151. doi :10.1007/s12229-010-9062-8. S2CID  39829971.
  2. ^ Eckenwalder JE (1980). "Heteromorfismo foliar en Populus (Salicaceae), una fuente de confusión en la taxonomía de restos de hojas terciarias". Botánica sistemática . 5 (4): 366–383. doi :10.2307/2418518. JSTOR  2418518.
  3. ^ ab Gamage HK, Jesson L (2007). "La heteroblastia de las hojas no es una adaptación a la sombra: respuestas anatómicas y fisiológicas de las plántulas a la luz". Revista de Ecología de Nueva Zelanda . 31 (2): 245–254. JSTOR  24058149.
  4. ^ día abc JS (1998). "Condiciones de luz y la evolución de la heteroblastia (y la forma divaricada) en Nueva Zelanda". Revista de Ecología de Nueva Zelanda . 22 (1): 43–54. JSTOR  24054547.
  5. ^ McCusker A. "Glosario de la flora de Australia". Departamento de Medio Ambiente, Agua, Patrimonio y Artes . Consultado el 23 de diciembre de 2014 .
  6. ^ Poethig, RS (2010). "El pasado, presente y futuro del cambio de fase vegetativa". Fisiología vegetal . 154 (2): 541–544. doi : 10.1104/pp.110.161620. PMC 2949024 . PMID  20921181. 
  7. ^ ab Cockayne L (1912). "Observaciones sobre la evolución, derivadas de estudios ecológicos en Nueva Zelanda". Transacciones y procedimientos del Instituto de Nueva Zelanda . 44 : 1–50.
  8. ^ Karban R, Thaler JS (1 de marzo de 1999). "Cambio de fase de la planta y resistencia a la herbivoría". Ecología . 80 (2): 510–517. doi :10.1890/0012-9658(1999)080[0510:ppcart]2.0.co;2.
  9. ^ Robbins WJ (1957). "Ácido giberélico y la reversión de Hedera adulta a un estado juvenil". Revista americana de botánica . 44 (9): 743–746. doi :10.1002/j.1537-2197.1957.tb08259.x. JSTOR  2438395.
  10. ^ Lee BH, Johnston R, Yang Y, Gallavotti A, Kojima M, Travençolo BA, Costa L, Sakakibara H, Jackson D (mayo de 2009). "Los estudios de mutantes aberrantes de filotaxia1 del maíz indican interacciones complejas entre la señalización de auxinas y citoquininas en el meristemo apical del brote". Fisiología vegetal . 150 (1): 205-16. doi : 10.1104/pp.109.137034. PMC 2675719 . PMID  19321707. 
  11. ^ Mizukami Y, Fischer RL (enero de 2000). "Control del tamaño de los órganos de las plantas: AINTEGUMENTA regula el crecimiento y el número de células durante la organogénesis". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 97 (2): 942–7. Código Bib : 2000PNAS...97..942M. doi : 10.1073/pnas.97.2.942 . PMC 15435 . PMID  10639184. 
  12. ^ Santos R (1997). «El eucalipto de California» (PDF) . Biblioteca de la Universidad Estatal de California . Archivado desde el original (PDF) el 27 de septiembre de 2019 . Consultado el 21 de abril de 2018 .
  13. ^ Grattapaglia D, Kirst M (1 de septiembre de 2008). "Genómica aplicada del eucalipto: desde secuencias de genes hasta herramientas de mejoramiento". El nuevo fitólogo . 179 (4): 911–29. doi : 10.1111/j.1469-8137.2008.02503.x . PMID  18537893.
  14. ^ Forster MA, Bonser SP (enero de 2009). "Desarrollo heteroblástico y partición óptima de rasgos entre ambientes contrastantes en Acacia implexa". Anales de botánica . 103 (1): 95-105. doi :10.1093/aob/mcn210. PMC 2707286 . PMID  18978364. 
  15. ^ ab Guzmán JA (2015). "Ventaja ecológica de la heteroblastia foliar en Costus pulverulentus (Costaceae)". Botánica . 93 (3): 151-158. doi :10.1139/cjb-2014-0157.
  16. ^ "Nombre: Costus pulverulentus C. Presl". Trópicos . Consultado el 1 de abril de 2018 .
  17. ^ Alonso-Castro AJ, Zapata-Morales JR, González-Chávez MM, Carranza-Álvarez C, Hernández-Benavides DM, Hernández-Morales A (marzo de 2016). "Efectos farmacológicos y toxicidad de Costus pulverulentus C. Presl (Costaceae)". Revista de Etnofarmacología . 180 : 124–30. doi :10.1016/j.jep.2016.01.011. PMID  26778604.
  18. ^ abc Juego HK (2011). "La variación fenotípica en especies leñosas heteroblásticas no contribuye a la supervivencia de la sombra". Plantas AoB . 2011 : plr013. doi :10.1093/aobpla/plr013. PMC 3129537 . PMID  22476483. 
  19. ^ Winn A (1999). "La importancia funcional y las consecuencias de la heterofilia para la aptitud física". Revista Internacional de Ciencias Vegetales . 160 (T6): 113-121. doi :10.1086/314222. PMID  10572026. S2CID  24787793.
  20. ^ Pigliucci M, Murren CJ, Schlichting CD (junio de 2006). "Plasticidad fenotípica y evolución por asimilación genética". La Revista de Biología Experimental . 209 (parte 12): 2362–7. doi : 10.1242/jeb.02070 . PMID  16731812.
  21. ^ Fusco G, Minelli A (febrero de 2010). "Plasticidad fenotípica en el desarrollo y evolución: hechos y conceptos. Introducción". Transacciones filosóficas de la Royal Society de Londres. Serie B, Ciencias Biológicas . 365 (1540): 547–56. doi :10.1098/rstb.2009.0267. PMC 2817147 . PMID  20083631.