La perspectiva científica detrás de la formación de patrones celulares implica observar tanto los principios comúnmente vistos detrás de patrones celulares similares vistos en la naturaleza como los eventos visibles de auto organización.

Arabidopsis thaliana: organismo modelo para la genética vegetal. Haber de imagen: Tomas Vynikal / Shutterstock.com

El papel de la genética

En biología celular del desarrollo, la frase «formación de patrones» se usa en referencia a la propagación de organizaciones complejas de destinos celulares en el tiempo y el espacio. La formación de patrones se controla principalmente a través de genes, como los genes de tipo homeobox.

El papel vital de la genética en la formación de patrones es una faceta de la morfogénesis: la creación de anatomías diversificadas a partir de genes similares, que ahora se están examinando en estudios que cubren la biología del desarrollo evolutivo. Los mecanismos involucrados se pueden observar en el patrón anteroposterior de los embriones de Drosophila melanogaster, que fueron uno de los primeros organismos en estudiar su morfogénesis.

Destino celular en el maíz

Las mutaciones en el gen del grano defectuoso del maíz 1 (dek1) se bloquean durante la embriogénesis y el endospermo es calcáreo y carece de una capa de aleurona. Se ha visto previamente en estudios científicos que los alelos intermedios pueden resultar en embriones que no tienen un eje de brote, mientras que la presencia de alelos débiles tiende a resultar en endospermas con aleurona mosaico, así como plantas deformadas que tienen células epidérmicas que se asemejan a bulliformes. células (que es un tipo especializado de célula epidérmica).

Esto, por lo tanto, muestra que el gen dek1 funciona en la especificación del destino celular, la formación de patrones embrionarios y la formación de patrones generalizados en la epidermis de la hoja, así como la especificidad del destino celular en el endospermo.

Por tanto, los productos de estos genes parecen tener un control significativo sobre los diferentes procesos de desarrollo celular, por supuesto dependiendo del contexto celular. Se encontró que el fenotipo resultante del alelo debilitado dek1-Dooner era sorprendentemente similar al fenotipo del mutante crinkly4. Los mutantes dobles con cambios genéticos que se encuentran entre los genes dek1 y cr4 mostraron aspectos de epistasis, sinergia y aditividad, lo que sugiere que los productos genéticos finales podrían funcionar en varios procesos de desarrollo superpuestos.

El análisis genético del desarrollo de la aleurona de maíz se realizó en un estudio científico, en el que se observó el linaje celular marcando sincrónicamente sus células con un marcador C1 para la pigmentación de antocianinas dentro de la aleurona, y con un marcador wx1 para la síntesis de amilosa dentro del endospermo almidonado. .

El endospermo almidonado y la aleurona comparten un linaje similar en la totalidad de su desarrollo, lo que indica que se podrían observar ciertas señales posicionales para especificar el destino de la aleurona. También se ha descubierto que las mutaciones en el gen dek1 bloquean cualquier formación de aleurona desde las primeras etapas, lo que provoca que las células del endospermo periférico se formen y crezcan como endospermo almidonado.

Destino celular en arabidopsis

El crecimiento de las plantas, como todos los demás organismos eucariotas multicelulares, depende de la especificación adecuada de cualquier tipo distintivo de células. El desarrollo de células vegetales que poseen pelos dentro de la epidermis se ha utilizado previamente como un modelo accesible para estudiar la especificación específica del destino celular.

Por ejemplo, en la planta Arabidopsis, se ha demostrado que la distribución del pelo de la raíz dentro de las raíces y los tricomas en los brotes difieren mucho. Se ha observado que las células ciliadas de la raíz se desarrollan siguiendo un patrón, que depende de la posición, en la parte superior de los espacios intercelulares que se pueden encontrar entre las células corticales subyacentes.

Por el contrario, el espaciado final de los tricomas en las superficies superiores de los tallos y hojas de Arabidopsis no depende de ninguna manera de la posición de las células subyacentes. En realidad, estos tricomas se distribuyen con relativa regularidad dentro de los campos de células epidérmicas, y su espaciamiento final probablemente se deba a las interacciones inhibitorias entre los precursores biomoleculares durante el desarrollo de la planta.

Estudios recientes sobre este tema también han sugerido que, aunque la distribución muy diferente de las células ciliadas dentro de los brotes y las raíces, un mecanismo biomolecular similar es responsable del patrón inicial dentro de ambos tipos de células.

Fuentes