Mecanismo de las plantas para orientar sus raíces hacia la humedad

La sequía representa una grave amenaza para la producción agrícola. En condiciones de estrés hídrico, las raíces de las plantas dirigen su crecimiento hacia las zonas del suelo que presentan humedad, lo que se conoce como ‘hidrotropismo’.

Hasta el momento se desconocía cómo funciona esta capacidad de las plantas, pero ahora, un equipo de investigación del Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (IBMCP), centro mixto de la Universitat Politècnica de València (UPV) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha descubierto el mecanismo molecular que regula el crecimiento orientado de las raíces. El trabajo ha sido desarrollado en colaboración con investigadores de la Universidad de Fujian y otras universidades chinas.

La raíz de una planta es el órgano que explora el subsuelo para encontrar agua, y constituye la principal vía a través de la cual el agua y los nutrientes son absorbidos. Así, mientras que el método zahorí es una pseudociencia, las plantas sí muestran una capacidad probada de dirigir sus raíces en la dirección adecuada para escapar de zonas sin agua y buscar los nichos de humedad.

En este caso, su ‘varita mágica’ es un mecanismo molecular basado en la percepción de la hormona ácido abscísico (ABA).

Modificación genética para mayor respuesta

ABA es la hormona de la adaptación al estrés hídrico, y juega un papel crucial en el hidrotropismo. El grupo de trabajo coordinado por Pedro Luis Rodríguez, profesor de investigación del CSIC en el IBMCP, ya descubrió la manera de reforzar la respuesta hidrotrópica de las raíces, es decir, la forma de hacerlas más eficientes en la búsqueda de agua, mediante un aumento de la señalización de la hormona ABA.

Al eliminar las proteínas fosfatasa de tipo 2C (PP2C), que son represoras de las señales de ABA, consiguieron una planta modificada genéticamente con mayor respuesta hidrotrópica.

El trabajo publicado ahora en Science Advances explora este camino. “Las proteínas fosfatasa de tipo 2C, entre las cuales destaca la denominada ABI1, inhiben también la función de una enzima de la raíz que regula la salida de protones al exterior celular, llamada AHA2”, explica Rodríguez.

“Hemos observado que esta proteína ABI1 interacciona con AHA2 e inhibe su función. Por tanto, es necesario eliminar este freno para estimular la salida de protones, lo que reblandece la pared celular. Así se facilita la expansión de las células de la raíz mediante la acidificación del exterior celular”, expone.

De esta manera, “cuando la raíz percibe la escasez de agua, empieza a aumentar el nivel de la hormona ABA, incremento que es percibido por un receptor llamado PYL8. Este receptor puede inhibir la función de la proteína ABI1, el freno de la salida de protones de la raíz, restaurando así la función de la enzima AHA2 que puede reanudar la salida de protones y estimular el crecimiento orientado de la raíz”, argumenta el investigador del CSIC.

“Nuestro trabajo revela cómo el receptor PYL8, la fosfatasa ABI1 y la enzima AHA2 regulan el hidrotropismo de la raíz”, puntualiza.

Según Pedro Luis Rodríguez, con las nuevas técnicas de edición genética se podrían generar plantas con menor actividad de las proteínas fosfatasa de tipo 2C entre las que se encuentra la fosfatasa ABI1, reforzando así su capacidad detectora de agua subterránea. Esto permitiría obtener variedades más resistentes a sequías y condiciones de estrés hídrico.

Referencia:

Rui Miao, Wei Yuan, Yue Wang, Irene García-Maquilón, Xiaolin Dang, Suchang Huang, Ying Li, Jianhua Zhang, Yiyong Zhu, Pedro L. Rodriguez, Weifeng Xu, Low ABA concentration promotes root growth and hydrotropism through relief of ABA INSENSITIVE 1-mediated inhibition of plasma membrane H+-ATPase 2 (2021), Science Advances, 7: eabd4113 17 March 2021 DOI: 10.1126/sciadv.abd4113