Un equipo del CONICET en el Instituto de Investigaciones en Ciencias Agrarias de Rosario (IICAR, CONICET-UNR), en colaboración con colegas de la Facultad de Ciencias Agrarias de la Universidad Nacional de Rosario e investigadores de la Universidad de Perugia (Italia), presentó recientemente un descubrimiento que podría sentar las bases para acelerar, simplificar y economizar los procesos de mejoramiento genético de las semillas de girasol, un cultivo de gran interés agronómico. Se trata de la verificación de que algunas líneas de girasol completan la primera etapa de la apomixis (reproducción asexual vía semillas). El promisorio hallazgo fue publicado en la revista científica Scientific Reports.
La apomixis es un proceso natural que permite a las plantas producir semillas genéticamente idénticas a la planta madre (clones) sin necesidad de fecundación. “No todas las especies de plantas tienen esta capacidad, pero tampoco se han relevado muchas; y ese es el tema central, son pocas las que han sido estudiadas”, explica Silvina Pessino, investigadora del CONICET en el grupo de Desarrollo Reproductivo de Plantas (DREP) del IICAR y primera autora del artículo. Que un cultivo de gran importancia agrícola como el girasol puediera reproducirse por esta vía, implicaría la posibilidad de generar de manera más sencilla y económica semillas con alta adaptabilidad, calidad superior y mayor rendimiento. “Aunque existen especies que se reproducen asexualmente a partir de propágulos vegetativos, una parte de hoja, de raíz, o de tallo, en la apomixis, es la propia formación de las semillas la que se produce de manera asexual”, señala.
En relación a esta investigación, los autores del estudio destacan las potenciales aplicaciones que tendría utilizar un mecanismo de reproducción clonal como la apomixis para el mejoramiento de las plantas de girasol: “Una vez en marcha, sería posible generar plantas mejoradas en plazos muy cortos. Por ejemplo, se podrían obtener variedades resistentes a diversas condiciones climáticas, adaptadas a cada localidad, a cada zona. Y ello es vital ya que actualmente lleva casi una década generar un híbrido superior, y es muy demandante recrearlo año tras año”, indica Pessino.
En agronomía es frecuente cruzar dos variedades distintas de un mismo cultivo con el objetivo de obtener semillas con características agronómicas deseables como por ejemplo, un mayor rendimiento o resistencia a enfermedades. La limitación de esta estrategia de mejoramiento genético es que cuando las plantas híbridas de primera generación se reproducen sexualmente, sus genes segregan y recombinan, con la probabilidad de que las características deseadas no estén presentes en su descendencia. En este sentido, la posibilidad de clonar a través de la apomixis podría ahorrar las dificultades que la generación y recreación de los híbridos implica.
La expansión del girasol hacia regiones con mala calidad de suelo y mayor estrés agroecológico ha llevado a reducciones del rendimiento; lo que plantea un desafío para los fitomejoradores (profesionales que se dedican a la mejora genética de las plantas); el trabajo publicado por las investigadoras del IICAR responde a una necesidad apremiante de desarrollar cultivares (variedades de cultivos mejoradas genéticamente) estabilizados, que no sólo exhiban alta adaptabilidad y calidad, sino que también ofrezcan una producción más eficiente y rentable que las variedades actuales.
El hallazgo
Cuando Ana Ochogavía, una de las directoras, junto con Graciela Nestares, del grupo Biotecnología Aplicada a Reproducción y Mejoramiento de Cultivos (BioAp) del IICAR, estudiaba, por otros motivos, la reproducción del girasol, notó (gracias a haber realizado su formación doctoral en el tema de apomixis y poliploidía) que algunas de las líneas del cultivo con las que estaba trabajando presentaban las características típicas de la apomixis. Ese fue el punto de partida de la investigación.
“En un trabajo anterior, publicamos que en el girasol cultivado se observaban indicios de una de las etapas de la apomixis, porque veíamos estructuras similares a sacos embrionarios apomícticos apospóricos (formaciones propias de ciertas plantas apomícticas) durante el desarrollo reproductivo”, recuerda Ochogavía. Y continúa: “Eso lo publicamos en el 2022 en la revista Crop Science. En esta segunda investigación, demostramos que las estructuras que habíamos visto en el óvulo en desarrollo, dentro del ovario del girasol, son efectivamente las que caracterizan a la primera etapa de la apomixis apospórica (la Aposporía)”. Esto fue así, porque observaron que al fecundar los sacos embrionarios apomícticos con gametos masculinos se formaban híbridos con tres juegos de cromosomas (triploides), dos provenientes de la planta madre (presentes en los sacos) y uno heredado del padre. Es decir, confirmaron que las estructuras reproductivas que vieron inicialmente eran viables y que pueden ser fecundadas para formar individuos poliploides (con más de dos juegos de cromosomas). “La aparición de poliploidía en la progenie está confirmando que esta planta completa la primera parte de la apomixis”, destaca la científica.
El recorrido conjunto de las investigadoras
La trayectoria académica de Ochogavía se enfocó en el estudio de la resistencia a herbicidas y las características reproductivas del girasol. Su grupo ha desarrollado bioensayos, servicios y proyectos de transferencia tecnológica. Su formación doctoral incluyó temáticas vinculadas a la reproducción y a la poliploidía de gramíneas, con Pessino como directora de su tesina de grado en biotecnología y luego de su tesis doctoral.
“Lo interesante -cuenta Ochogavía-, es que ahora encontramos en el girasol un fenómeno relacionado con el tema de mi formación inicial de tesina y doctorado (la apomixis apospórica). Por eso, estamos trabajando nuevamente con Silvina (Pessino) en esta línea”. Por su parte, Pessino agrega: “Lo que Ana (Ochogavía) descubrió hace unos cuatro años, es que en dos líneas de girasol que se usan como restauradoras de la fertilidad en los esquemas de mejoramiento, se forman sacos embrionarios característicos de la apomixis en los ovarios. Inicialmente ella hizo esa observación y la publicó”. Lo que destaca este segundo trabajo es que han podido probar que realmente esos sacos son de tipo apospóricos. “Y pudimos hacerlo porque cuando se fecundan aumenta la ploidía, o sea, el número de juegos cromosomales de la progenie”, ahonda la científica. Y continúa: “El trabajo que acabamos de publicar demuestra que realmente hay aposporía en girasol. Sin embargo, lo que no encontramos en este trabajo es que la apomixis complete su segunda etapa, porque no vimos evidencias de partenogénesis”. Es decir, aun no observaron que a partir de los sacos apospóricos pueda desarrollarse un embrión sin necesidad de fecundación.
¿Cómo sigue el trabajo?
“En los estudios que estamos haciendo actualmente, investigamos con poliploides (particularmente con tetraploides) derivados de estas mismas líneas de girasol. Como en la mayoría de las especies la manifestación completa de la apomixis está asociada a la poliploidía, hemos aumentado el nivel de ploidía del girasol. Ya tenemos individuos que tienen cuatro juegos cromosomales, en lugar de dos. Estamos estudiando la reproducción en esas líneas”, menciona Ochogavía, y destaca que los experimentos también se están haciendo en colaboración con investigadores italianos de la Universidad de Perugia.
Las repercusiones concretas de estos estudios en la producción agrícola están relacionadas con la posibilidad de simplificar los programas de mejoramiento, ya que, para generar híbridos comerciales, las empresas necesitan por lo menos entre cinco y siete años. Esto se debe a que es necesario producir parentales estabilizados, desarrollar líneas androestériles y luego hacer cruzamientos. Finalmente, hay que recrear la semilla híbrida todos los años. “Si se lograse que los híbridos se reproduzcan por apomixis, se recrearían de manera autónoma, por lo que el proceso de mejora se volvería más rápido y económico”, concluyen las investigadoras.
Autores de la publicación
Silvina Pessino, grupo DREP, IICAR-CONICET-UNR, Facultad de Ciencias Agrarias, UNR
Graciela Nestares, grupo BIOAP, IICAR-CONICET-UNR, Facultad de Ciencias Agrarias, UNR
Marta B. Bianchi, CIUNR, Facultad de Ciencias Agrarias, UNR
Iara Katzaroff, Facultad de Ciencias Agrarias, UNR
Lucía Amato, grupo BIOAP, IICAR-CONICET-UNR, Facultad de Ciencias Agrarias, UNR
Marika Bocchini, Universidad degli Studi di Perugia
Gianpiero Marconi, Universidad degli Studi di Perugia
Emidio Albertini, Universidad degli Studi di Perugia
Ana Ochogavía, grupo BIOAP, IICAR-CONICET-UNR, Facultad de Ciencias Agrarias, UNR * Directora del trabajo, autora de correspondencia
DOI: https://www.nature.com/articles/s41598-025-89105-x
Por: Andrea Guereta – Comunicación Institucional CONICET Rosario