En un artículo publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), investigadores argentinos determinaron un sorprendente mecanismo interno por el que las plantas expuestas a señales contradictorias del ambiente, como el sombreado que les generan los ejemplares vecinos en un área densamente sembrada, coordinan el funcionamiento de sus células para seguir creciendo de manera eficiente.
(Agencia CyTA-Leloir).- En los campos con altas densidades de cultivos, las plantas inevitablemente se dan sombras unas a otras. Como no pueden desplazarse para buscar mejores condiciones, lo que hacen es modificar la forma de sus cuerpos y el crecimiento de los distintos órganos, de manera de ajustarse a la nueva realidad. Comprender los mecanismos que subyacen a esos cambios es fundamental para desarrollar estrategias que, a futuro, permitan mejorar el rendimiento agrícola. En ese camino, un estudio internacional liderado por los investigadores argentinos María José Iglesias y Jorge Casal reveló en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) un inesperado mecanismo de regulación interna de las plantas, lo que permitió obtener un conocimiento completo acerca de la vía de respuesta que utilizan frente al sombreado.
En organismos vivos, diversos procesos generan grupos de moléculas oxidantes como las especies reactivas del oxígeno o ROS, que a su vez se vinculan a otras especies reactivas como el óxido nítrico (NO). “Ambas moléculas se producen a partir del metabolismo celular normal, por ejemplo durante la fotosíntesis, pero en ciertas condiciones a altas concentraciones pueden tener un efecto negativo, sobreoxidando y dañando distintos componentes celulares como proteínas, lípidos y ADN. Nosotros nos preguntamos si las señales ROS/NO jugaban algún rol ante un ambiente con mucha sombra, en el que la planta sí o sí hace menos fotosíntesis”, explicó a la Agencia CyTA-Leloir el ingeniero agrónomo Jorge Casal, jefe del Laboratorio de Fisiología Molecular de Plantas de la Fundación Instituto Leloir (FIL) y del Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura (IFEVA), de la Facultad de Agronomía de la UBA.
“Efectivamente –continuó Casal–, las señales ROS/NO disminuyen en el follaje de las plantas expuestas a sombra, pero nos llevamos una sorpresa al ver que en el tallo ocurría lo contrario: a pesar de la sombra, había más señales ROS/NO”. Según el investigador del CONICET, esto los llevó inmediatamente a preguntarse cómo se generan estos incrementos y si cumplen alguna función.
(de izq. a der. ) Martina Legris, Cecilia Costigliolo Rojas, María José Iglesias y Jorge Casal, cuatro de los autores del artículo publicado en PNAS. Falta Luciana Bianchimano, también del equipo.
Para buscar las respuestas, los investigadores utilizaron ejemplares de la planta Arabidopsis thaliana (modelo vegetal que comparte mecanismos genéticos con el trigo, maíz y otros cultivos relevantes), en los que midieron el crecimiento frente a distintas disponibilidades de ROS/NO, tanto por medio de aproximaciones farmacológicas como genéticas.
“Entre otras cosas, usamos ejemplares genéticamente carentes de enzimas que producen ROS hacia el ambiente externo de las células (llamado apoplasto). Vimos que, efectivamente, esa señal es necesaria para el crecimiento del tallo en respuesta a la sombra, y que la proteína COP1 juega un papel central al ser modificada bioquímicamente por estas señales oxidantes, cambiando su localización hacia el interior del núcleo de la célula”, detalló Iglesias, doctora en Ciencias Biológicas, primera autora del estudio y actual jefa del Laboratorio de Regulaciones Redox en Plantas del Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias (IFIBYNE), que depende de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA y del CONICET [cuando comenzó este estudio, Iglesias integraba el laboratorio que dirige Casal en la FIL].
Ilustración realizada por J. Casal para graficar el hallazgo realizado.
Por otra parte, cuando las plantas crecen como cultivo en un campo, la sombra que reciben es irregular porque puede impactar sobre una parte del tallo mientras del lado opuesto llegan los rayos de la luz solar. “Pensamos, entonces, que las ROS/NO podrían constituir señales móviles en el espacio entre células (apoplasto), capaces de llevar información de una célula a la otra permitiéndoles su ‘comunicación’ y coordinación”, señaló Casal. “Efectivamente –explicó– observamos que al exponer las plantas a señales conflictivas (que simulan sombra de un lado y luz del otro), aquellas genéticamente normales mantenían sus tallos bien verticales. En cambio, en las modificadas para no producir ROS o cuya COP1 no podía responder a las ROS, los tallos se torcían con respecto a la vertical debido a que las células de un lado del tallo crecen más que las del lado opuesto. En otras palabras, la generación de las señales ROS/NO y su percepción por COP1 son necesarias para que las distintas células del tallo crezcan de manera coordinada”.
Hasta la publicación de este trabajo, no se sabía que la sombra, específicamente en los tallos, induce la producción de señales ROS/NO de esta manera ni cómo las inducía y, mucho menos, que podían ser parte de un mecanismo de coordinación interna para mantener el crecimiento de la planta aun en esa situación adversa.
“Este proceso que descubrimos puede ser importante en cultivos, porque cuando los tallos se inclinan el viento y las lluvias los vuelcan más fácilmente, lo que hace imposible la cosecha de los granos que, irremediablemente, se pierden sobre el suelo”, concluyó Casal.