Spain
July 8, 2021
La estructura es una proliferación de yemas programadas para convertirse en flores pero que nunca alcanzan su objetivo, según un estudio en el que colabora el IBMCP
Imagen de una coliflor romanesco, cuya estructura reproduce una forma fractal. / CSIC
Un equipo de investigación internacional con participación del CSIC y la Universitat Politècnica de València ha desvelado la singular estructura fractal de la coliflor romanesco. Un fractal es un objeto geométrico cuya estructura, fragmentada, se repite a varias escalas. El estudio muestra que la estructura es en realidad una proliferación de yemas (meristemos) programadas para convertirse en flores pero que nunca alcanzan su objetivo; lo que hacen es convertirse en tallos que, a su vez, continúan intentando producir flores. La coliflor nace de la reiteración de este proceso, que provoca una sucesión de tallos sobre tallos. Los resultados de la investigación se publican en la revista Science.
Así, la forma singular del romanesco se explica por la producción cada vez más rápida de tallos que fracasan en su intento de convertirse en flores, mientras que esta tasa de producción es constante en otras coliflores. Como resultado, la inflorescencia del romanesco adquiere una estructura piramidal compuesta por pirámides más pequeñas, provocando su aspecto fractal.
“Los meristemos de la coliflor no logran alcanzar el objetivo de formar flores, pero recuerdan que transitoriamente sí que consiguieron adquirir un estado floral. Las mutaciones adicionales que afectan al crecimiento y la actividad de los meristemos son las que provocan las formas fractales características del romanesco”, apuntan los investigadores del Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas IBMCP (CSIC-UPV) que han participado en este estudio: Francisco Madueño, Antonio Serrano y Carlos Giménez.
El estudio lo han liderado el Centro Nacional para la Investigación Científica de Francia (CNRS, en sus siglas en francés) y el Instituto Nacional de Investigación en Informática y Automatización de Francia (INRIA).
En el trabajo, los investigadores combinaron experimentos in vivo con modelos computacionales en 3D que reproducen el desarrollo de la inflorescencia de las plantas. Su objetivo era descubrir los fundamentos moleculares del crecimiento de las coliflores en general, y de los romanescos, en particular.
Un fractal es un objeto geométrico cuya estructura, fragmentada, se repite a varias escalas. El romanesco, un tipo de coliflor, muestra esta estructura geométrica. Sus meristemas (yemas) componen una espiral logarítmica, con la forma de un fractal natural. Su número de espirales corresponde a un número de Fibonacci.
Aportación del IBMCP
El trabajo de los investigadores del IBCMP se ha centrado en caracterizar la red de genes que determina que se forme una flor o un tallo y cuya actividad está por tanto alterada en los meristemos de la coliflor y el romanesco. En concreto, observaron que TFL1, un gen esencial para la formación de tallos, es activado por genes que promueven la formación de flores, un resultado inicialmente contradictorio pero clave para entender el desarrollo de la inflorescencia de las plantas y, específicamente, la formación de estructuras como el fractal del romanesco.
Referencia científica:
Eugenio Azpeitia, Gabrielle Tichtinsky, Marie Le Masson, Antonio Serrano-Mislata, Jérémy Lucas, Veronica Gregis, Carlos Gimenez, Nathanaël Prunet, Etienne Farcot, Martin M.Kater, Desmond Bradley, Francisco Madueño, Christophe Godin and Francois Parcy. Cauliflower fractal forms arise from perturbations of floral gene networks. Science. DOI: 10.1126/science.abg5999
Researchers reveal why the Roman cauliflower has such a peculiar shape
Researchers from the Plant Molecular and Cellular Biology Institute, mixed centre of the UPV and CSIC, have taken part in an international study that unveils the mystery of the striking fractal structure and pyramid shape of this cauliflower of Italian origin.
The mystery of the peculiar shape of the Roman cauliflower has been solved by a team of international scientists including members from the Plant Molecular and Cellular Biology Institute (IBMCP, in Spanish), mixed centre of the Universitat Politècnica de València and the Spanish National Research Council (CSIC, in Spanish). The study, published in Science, was led by the National Centre for Scientific Research of France (CNRS, in French) and the French National Computing and Automation Research Institute (INRIA).
In the study, the researchers combined in vivo experiments with 3D computational models that reproduced the development of the plant’s inflorescence. Their goal was to discover the molecular bases of the growth of cauliflower in general, and Roman cauliflower in particular. They verified that both are in reality a proliferation of buds (meristems) programmed to become flowers but which never reach their goal; what they do is become stems that, in turn, continue trying to produce flowers. The cauliflower is born from the repetition of this process, which causes a sequence of stems upon stems.
Thus, the atypical shape of Romanesco is explained by the progressively faster production of stems that fail to become flowers, whereas this rate of production is constant in other types of cauliflower. As a result, the inflorescence of Roman cauliflower acquires a pyramid structure comprised by smaller pyramids, causing its fractal appearance.
“The meristems of the cauliflower fail to achieve their goal of becoming flowers, but they ‘remind us’ that they did temporarily acquire a floral state. The additional mutations that affect the growth and activity of the meristems are the ones that cause the characteristic fractal forms of Romanesco,” say IBMCP researchers Francisco Madueño, Antonio Serrano and Carlos Giménez.
Contribution of the IBMCP
The work of the IBMCP researchers in this study focused on characterising the network of genes that determines whether a flower or a stem is produced, and whose activity is therefore altered in the meristems of cauliflower and Romanesco. Specifically, they observed how TFL1, an essential gene for the formation of stems, is activated by genes that promote the formation of flowers, a result which is initially contradictory, but which is key to understand the development of plant inflorescence and, specifically, the formation of fascinating structures such as the fractal forms of Romanesco.
Article
Cauliflower fractal forms arise from perturbations of floral gene networks. Eugenio Azpeitia, Gabrielle Tichtinsky, Marie Le Masson, Antonio Serrano-Mislata, Jérémy Lucas, Veronica Gregis, Carlos Gimenez, Nathanaël Prunet, Etienne Farcot, Martin M.Kater, Desmond Bradley, Francisco Madueño, Christophe Godin and Francois Parcy. Science, 9 July 2021. DOI : 10.1126/science.abg5999
Topics
Species
