Sexo de plantas – Plantas machos, hembras y hermafroditas: Determinación del sexo por métodos moleculares (PCR y RAPD)

La mayoría de las plantas poseen ambos sexos en cada ejemplar, pero algunas poseen sexos separados, con ejemplares de sexo masculino, y otros ejemplares de sexo femenino. La separación de sexos puede darse entre ejemplares de plantas de algunas especies, y además dentro de ejemplares de una misma especie que pueden tener flores masculinas y flores femeninas. En los vertebrados (mamíferos, aves, reptiles, peces) existen cromosomas sexuales X e Y, pero estos cromosomas aunque se han buscado en las plantas, han sido en pocas especies en las que ha sido posible encontrar cromosomas XY en los ejemplares masculinos y cromosomas XX en los ejemplares femeninos. (Silene latifolia, Asparragus oficinalis, Humulus lupulus, Rumex acetosa, Cannabis sativa, entre otras). Así mismo, se han conocido algunos de los loci genéticos que regulan la expresión de la masculinidad y la feminidad en las plantas.

La determinación del sexo de las plantas, para diferenciar las masculinas y las femeninas, tiene importancia para su cultivo, ya que en algunos casos solamente las femeninas son de interés. En las plantas las semillas suelen ser 50% masculinas y 50% femeninas, por lo que sólo interesan la mitad de las semillas y las de un sexo no tendrían interés, por lo que sería muy útil disponer de métodos que permitan diferenciarlas. Los avances en los conocimientos genéticos de los genes que participan en la determinación del sexo de las plantas, ofrecen métodos para poder conocer el sexo cuando aún no han expresado ninguna característica de masculinidad o feminidad. De esta forma en las especies que sólo interesen los ejemplares femeninos pueden desecharse los ejemplares masculinos, con una muestra tan pequeña como un fragmento de hoja.

En el desarrollo de las plantas  pueden diferenciarse una fase vegetativa y una fase de florecimiento. En la fase vegetativa la planta crece en tamaño y altura sin diferenciase el sexo, por lo que no se pueden diferenciar por sus características fenotípicas macroscópicas si son masculinas o femeninas. En algunas plantas, tras unas 6 semanas de desarrollo, pueden comenzar a expresarse algunos signos fenotípicos que orientan hacia el tipo de sexo antes de que desarrollen las flores masculinas o femeninas. En la fase de florecimiento, la planta deja de crecer y destina todo el esfuerzo al desarrollo de las flores dando lugar a los órganos sexuales.   

Los órganos reproductores masculinos de las flores son los estambres (stamen) cargados de polen (pollen-loaded stamen), y los órganos reproductores femeninos son los carpelos (carpels) o huevos que sostienen el pistilo (egg-holding pistil). La inseminación de las plantas se realiza usando la naturaleza como elemento de cópula: el viento, los animales como insectos, el agua, que transportan el polen a un estigma (stigma) adherente femenino. Los granos de polen germinan y crecen progresiva y lentamente hacia abajo, hacia los óvulos.

Existen dos grupos de plantas, las Gimnospermas y las Angiospermas. Las primeras con óvulos desnudos y de ellas las hay con ejemplares con ambos órganos sexuales, masculinos y femeninos, como ocurre en el 75% de todas las plantas. Las segundas, Angiospermas, las plantas con flores, tienen los óvulos dentro de un ovario. En estas plantas, la mayoría tienen en un mismo ejemplar los órganos sexuales masculinos y los órganos sexuales femeninos, mientras que sólo un pequeño número corresponden a ejemplares con sexos separados en ejemplares masculinos y ejemplares femeninos. 

En general, la mayoría de las plantas brotan flores bisexuales, con parte masculina y parte femenina, pero a veces desarrollan flores masculinas y flores femeninas separadas. Otras tienen ambas, flores bisexuales y flores unisexuales.  Las plantas con flores masculinas y flores bisexuales producen más semillas. Se desconoce la causa de este fenómeno, pero podría ser porque las flores masculinas consuman menos energía, con lo que ésta se dedicaría a producir semillas.

Cuando se tratan de clasificar las plantas de acuerdo con su sexo se suele hablar de  forma sencilla de plantas masculinas, femeninas y hermafroditas. Sin embargo, la terminología, si queremos ser más precisos, debe diferenciar situaciones más complejas, como las siguientes:

  • Plantas monomórficas sexuales (plantas en las que en el mismo ejemplar existen órganos sexuales masculinos y femeninos). Estas corresponden al 75% de todas las plantas. Dentro de este grupo pueden encontrarse las siguientes situaciones:
      • Hermafroditas. Estas plantas poseen flores con órganos sexuales masculinos y femeninos en la misma flor. Esta situación se encuentra en el 90% de las plantas de flores (por ej. las rosas).
      • Monoicas (Monoecious): Estas plantas poseen flores de sexo masculino y flores de sexo femenino. Esta situación se encuentra en el 5% de las plantas con flores, y en muchas plantas gimnospermas (por ej. pinos).
      • Ginomonoicas  (Gynomonoecious) (estériles masculinas). Estas plantas tienen flores femeninas y flores hermafroditas (por ej. margaritas).
      • Andromonicas (Andromonoecious) (estériles femeninas). Estas plantas tienen flores masculinas y flores hermafroditas.

Esta situación hace que se debiera hablar de estados cosexuales para las plantas que tienen ambas funciones sexuales, bien presentes en cada flor (hermafroditas), o en las flores masculinas y femeninas (monoicas).

  • Plantas polimórficas sexuales (plantas en las que existen ejemplares masculinos y femeninos). Estas corresponden al 25% de todas las plantas.
      • Dioicas (Dioecious). Estas plantas tienen ejemplares con sexos separados, es decir existen plantas masculinas y plantas femeninas. Esta situación se encuentra en el 5% de las plantas con flores y en algunas gimnospermas (por ej. Ortigas –nettle-).
      • Ginodioicas (Ginodioecious). Estas plantas tienen ejemplares femeninos y ejemplares hermafroditas (por ej. Plantago lanceolata,  y Silene vulgari).
      • Androdioica (Androdioecius). Estas plantas tienen ejemplares masculinos y ejemplares hermafroditas. Muy raras.

En las plantas la determinación del sexo depende de dos loci, uno de ellos responsable de la expresión de los órganos femeninos, y otros que participan en la activación del desarrollo del órgano masculino. Ello hace que en las plantas dioicas (ejemplares con sexos distintos), como Silene latifolia, existen cuatro verticilos (whorls) de órganos reproductores, observándose los meristemos florales masculinos y femeninos como ocurre en cualquier especie monoica hermafrodita: sépalos, pétalos, estambres y carpelos. En la fase inicial los meristemos son similares en las plantas masculinas y en las plantas femeninas, es decir son indiferenciados. Cuando los primordios de los órganos florales se inician, los órganos femeninos del centro del meristemo son significativamente menores en la planta masculina, que en la planta femenina. En la planta masculina se desarrollan los órganos masculinos, mientras que en la planta femenina se desarrollan los órganos femeninos y degeneran los inicios de los órganos masculinos. El genotipo macho incluye un gen supresor de la feminidad (SuF).

Métodos moleculares para determinar el sexo de las plantas

Al no existir cromosomas sexuales claramente diferenciados en todas las plantas, la diferenciación genética del sexo ha tenido que afrontarse con otras estrategias, que pueden aplicarse al estudio de cualquier especie de planta con polimorfismo sexual (con sexos en ejemplares distintos; dioicas en general) antes de que expresen sus características fenotípicas correspondientes a cada sexo.

La estrategia general para conocer los marcadores genéticos diferenciales consiste en realizar un examen genético con cebadores (primers) aleatorios, en general decámeros de nucleótidos, por el mértodo RAPD (Randomly Amplified Polymorphic DNA). Con los cebadores aleatorios se realiza una amplificación genómica de ejemplares adultos masculinos y femeninos. Esta amplificación genómica dará lugar a múltiples amplicones, que una vez separados electroforéticamente en un gel de agarosa, podrán permitir diferenciar los patrones correspondientes a las plantas masculinas y a las femeninas. Con el método RAPD se obtienen los marcadores SCAR (Sequence-Characterized Amplified Region) que permiten identificar uno de los sexos. Una vez identificadas estas regiones de secuencias SCAR, pueden clonarse, secuenciarse y diseñarse procedimientos de amplificación específicos para identificar el sexo de los ejemplares.

Existen marcadores de maculinidad para varias especies: Silene latifolia, Humulus luoulus, Actinidia chinensis, Cannabis sativa, entre otras. Además existen marcadortes de feminidad para varias especies: Pistacia vera, Actinidia sinensis, Salix viminalis, entre otras.

Pruebas realizadas en el IVAMI 

  • Determinación del sexo por métodos moleculares (PCR) para genes de sexo masculino (plantas machos), cuando sean conocidas las secuencias masculinas MAD (Male-Associated DNA). 
  • Determinación del sexo de plantas con polimorfismo sexual (machos y hembras) mediante métodos RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA), para genes del sexo masculino o femenino, cuando éstos no sean conocidos. 

Muestras recomendadas: 

  • Porción de hojita.

Envío de muestras:

  • Introducidas en envase de plástico estéril, y a ser posibles refrigeradas (contenedor de poliestireno –corcho blanco-, con pack –frigolines- congelados), o congeladas.

Entrega de resultados:

  • Métodos moleculares: 48 a 72 horas.

Coste de la prueba: