En plantas con flores, la fertilización es única porque en este fenómeno intervienen dos pares de gametos masculinos y femeninos. Proceso conocido como la doble fertilización (Berger y col. 2008).
El proceso de la doble fertilización es el único proceso biológico en que un esperma se fusiona con la célula huevo para producir un embrión, mientras que el segundo esperma se fusiona con la célula central para producir el endospermo, un tejido nutritivo necesario para el crecimiento y generación del nuevo individuo. Esta característica agrupa sistemáticamente a las plantas angiospermas (Russell 1992). Desde que se descubrió la doble fertilización en plantas por Nawashin (1898), muchas investigaciones se han realizado con el propósito de comprender la dinámica de los mecanismos que intervienen en la doble fertilización (Hamamura y col. 2012).
El proceso de la doble fertilización en plantas es muy complejo. Se necesita de una comunicación celular en la interacción célula–célula y señales que activen o bloqueen procesos. La complejidad radica desde la germinación, crecimiento, recepción de tubo polínico en una de las sinérgidas del gametofito femenino, hasta la fusión de los espermas con la célula huevo y la célula central (Denninger y col. 2014). Además, una característica que hace único a este proceso radica en el origen de los dos gametos masculinos y femeninos, que provienen de mitosis y no de meiosis (Dresselhaus y col. 2016).
El calcio es un importante mensajero en el proceso de la fertilización tanto en plantas como animales. Las oscilaciones de calcio intervienen en diferentes etapas del proceso, como la recepción de los espermas por una de las células sinérgidas y la fusión espermática con la célula huevo y con la célula central. Se ha asociado a las señales de calcio en las células sinérgidas con la receptividad del TP, mediante una diferencia de concentración en la sinérgida receptiva y un incremento de calcio en el núcleo de la célula huevo antes de la fusión con el núcleo espermático.
Digonnet y col. (1997) mostraron in vitro la primera evidencia de una elevación transitoria de calcio después de la fusión de los espermas con la célula huevo y la célula central en óvulos de maíz. Esta técnica se apoyó en el uso de un fluorocromo de unión específica a calcio citosólico (Fluo-3). Ellos observaron minutos después de que ocurrió la fusión de gametos un incremento de calcio que duró algunos minutos.
La fertilización generalmente describe la fusión de gametos haploides para iniciar el desarrollo de un nuevo organismo diploide. En los animales, un huevo o óvulo se funde con un espermatozoide móvil que genera al cigoto diploide, que se desarrolla aún más en un embrión. Por el contrario, en plantas, el gametofito femenino o saco embrionario se desarrolla dentro del órgano materno llamado óvulo después de tres divisiones nucleares mitóticas adicionales de la megaspora funcional. Tras la celularización, se forma un SE de siete células en la mayoría de las angiospermas que contienen dos gametos femeninos y células accesorias en ambos polos del SE (Dresselhaus y col. 2016).
Durante la recepción del tubo de polen en plantas con flores, las dos células de esperma se liberan hacia la hendidura entre el huevo y la célula central. Luego se produce la fusión celular (plasmogamia), pero sólo después del posicionamiento, la adhesión y la activación exitosos de las células espermáticas. Se han realizado enormes progresos durante los últimos cinco años para comprender los mecanismos moleculares de la fertilización en las plantas, incluida la fusión de núcleos de gametos (cariogamia) y la prevención de la polispermia evitando la atracción múltiple de tubos polínicos. Después de la llegada del TP al micrópilo del gametofito femenino, este no entra a la célula sinérgida por el aparato filiforme, como anteriormente se conocía (Leshem y col. 2013). Al llegar el TP a la sinérgida receptiva libera los espermas, quedando expuestos dentro del óvulo.
El calcio ha sido propuesto como un elemento de reconocimiento de las células gaméticas para llevar a cabo la fusión (Faure y col. 1994). Para la activación de la célula huevo se necesita un incremento significativo en el nivel de calcio libre citosólico y oscilaciones de la afluencia de calcio dentro del óvulo fertilizado (Tang y col. 2000; Sanders y col. 2002).
Un ejemplo es el alga Fucus serratus que durante la fertilización del óvulo se acompaña de la absorción de calcio del medio externo que parece ser necesario para la activación de la célula huevo (Roberts y Brownlee 1995). Tanto en plantas como en animales hay evidencia de que la fertilización induce eventos, como la apertura de canales de calcio y desencadenando la afluencia de Ca2+ y luego la oscilación y acumulación de calcio, que producen la activación del huevo (Antoine y col. 2001). Estos resultados indican la importancia del calcio en el proceso de la doble fertilización en plantas.
3. JUSTIFICACIÓN
El calcio es un segundo mensajero intracelular que regula y coordina las respuestas a distintas señales mediante cambios de concentraciones en el citosol. Es un elemento clave de señalización durante el proceso de fertilización tanto en animales como en plantas. En la reproducción sexual de las plantas se conoce que el calcio juega un papel importante, como en la germinación del polen, crecimiento y detención del tubo polínico, polaridad del TP, y en la liberación y fusión de los espermas masculinos (grano de polen). Sin embargo, aún no está completamente claro el papel del calcio durante el proceso de la doble fertilización en plantas.
A pesar de que existe un gran número de investigaciones sobre los elementos que intervienen en el proceso de la doble fertilización y sus funciones, aún no se conoce completamente este proceso. El calcio ha sido uno de los elementos más estudiados y a su vez se han postulado varias hipótesis sobre su posible participación en este proceso, pero las diferentes especies estudiadas han demostrado diferentes formas en las que el calcio participa y, en algunos casos, resultando contradictoria tanto la ubicación como la concentración de calcio durante la doble fertilización. En uno de los casos se ha reportado una alta concentración de calcio en una de las sinérgidas, momentos antes de la llegada del TP (Tian y Russell 1997) y otros han reportado no haber encontrado diferencias en las concentraciones de calcio (Chaubal y Reger 1992). Después del momento de la doble
Los estudios propuestos abren las posibilidades de un nuevo campo de conocimiento de los procesos de movimiento de espermas, cariogamia en la fertilización de la célula huevo para la formación del embrión, y del núcleo de la célula central para la formación del endospermo. Todo lo anterior conforma investigación básica y aplicada en las áreas de biología del desarrollo, la reproducción, evolución, mejoramiento genético y taxonomía.
4. HIPÓTESIS
Los iones de calcio están participando activamente en el proceso de la doble fertilización.
5. OBJETIVOS
5.1. Objetivo general
Estudiar las diferentes concentraciones de calcio como posible coadyuvante durante el proceso de la doble fertilización en Agave tequilana y Agave salmiana.
5.2. Objetivos específicos
• Detectar el calcio citosólico dentro del saco embrionario de Agave tequilana y Agave salmiana, mediante técnicas de fluorescencia.
• Analizar el calcio citosólico antes y después del proceso de la doble fertilización en Agave tequilana y Agave salmiana, para conocer el posible papel que juega el calcio durante este proceso.