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Un equipo internacional de investigadores en el que participan el 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 la manera en que las plantas modifican su crecimiento en función de la abundancia de agua en el suelo.

En el estudio, publicado recientemente en la revista Nature Plants, se analiza además cómo, durante la evolución, las plantas se adaptaron a la vida terrestre, y se revela valiosa información que puede ayudar a desarrollar cultivos más resistentes a la sequía.

Importancia del agua y reacción ante su escasez

Las plantas utilizan la fotosíntesis para convertir la luz solar, el agua y el dióxido de carbono en los azúcares que necesitan para crecer y que sustentan nuestro planeta. Por su parte, el agua es esencial para el transporte de nutrientes desde el suelo y para proporcionar la rigidez necesaria para que la planta se mantenga en pie. Al ser un factor tan importante, las plantas han desarrollado mecanismos para detectar la presencia de agua en el suelo y llevar esta información a todos sus tejidos para inducir respuestas adaptativas.

Cuando el agua escasea, se produce una hormona que provoca un cierre muy rápido de los poros de las hojas (estomas), para así evitar la pérdida de agua por transpiración. Además, se detiene el crecimiento de la mayoría de los órganos, con el fin de usar esos recursos en medidas de protección. Sin embargo, hasta ahora, se desconocía cómo la falta de agua conduce a la interrupción del crecimiento de las plantas.

Señales hormonales de ABA ligadas a TOR y su freno, SnRK1

El estudio, liderado por la científica española Elena Baena González, investigadora principal del Instituto Gulbenkian de Ciencia de Portugal, descubrió los mecanismos por los que la planta interrumpe su crecimiento. En concreto, son las señales hormonales de ácido abscísico (ABA), que están ligadas a un sistema regulador altamente conservado y formado por dos proteínas -SnRK1 y TOR-, las que controlan el crecimiento en todos los eucariotas: animales, plantas, hongos y protistas.

Según explica Baena, “cuando las condiciones son favorables, el acelerador del sistema (TOR) está activo, e induce procesos biosintéticos de proliferación y crecimiento celular. Por el contrario, cuando las condiciones son desfavorables, el freno del sistema (SnRK1) se activa inhibiendo a TOR y, consecuentemente, el crecimiento”.

El sistema está controlado en todos los eucariotas por señales nutricionales que causan la interrupción del crecimiento cuando los niveles de nutrientes son bajos. Sin embargo, “en este estudio, encontramos que, en las plantas, este sistema está controlado por señales adicionales relacionadas con la presencia de agua (la hormona ABA), dando a las plantas la capacidad de regular el crecimiento no solo en respuesta a señales nutricionales, sino también en respuesta a la disponibilidad de agua”, destaca la investigadora.

Cabe indicar, en este punto, que el equipo de investigación cree que este sistema puede haber sido crucial para el establecimiento de la vida terrestre, en el que el gasto de recursos y el crecimiento se mantiene al mínimo cuando el agua escasea.

Raíces más grandes en condiciones desfavorables

Para su estudio, los investigadores utilizaron la planta modelo Arabidopsis thaliana y observaron que, cuando la proteína quinasa (SnRK1) se inactiva genéticamente, las plantas desarrollan raíces más grandes en condiciones desfavorables. Aunque este crecimiento descontrolado puede ser fatal en condiciones de sequía severa, es probable que aumente la capacidad de absorber el agua de las capas superficiales del suelo y mejore potencialmente el crecimiento de las plantas en condiciones de sequía moderada.

Los próximos pasos de esta investigación tendrán como objetivo abordar estos problemas e identificar factores posteriores que puedan resultar más propicios para la manipulación de esta característica también en los cultivos.

Por otro lado, el estudio también indica que el núcleo señalizador del ABA, en ausencia de estrés, favorece los procesos anabólicos de la planta al mantener secuestrada la proteína quinasa SnRK1. En cambio, en presencia de estrés, la hormona ABA libera a SnRK1, restringiendo así el crecimiento de la planta, activando los mecanismos de respuesta a la escasez de agua y optimizando el uso de nutrientes.

Colaboradores y financiación

Este trabajo ha sido llevado a cabo en el Instituto Gulbenkian de Ciencia (Portugal), en colaboración con los grupos de investigación de Pedro L. Rodríguez Egea (IBMCP), Américo Rodrigues (IPL, Peniche, Portugal) y Christian Meyer, (INRA, Versalles, Francia).

La Fundación para la Ciencia y la Tecnología de Portugal, el Ministerio de Ciencia e Innovación español, la Generalitat Valenciana, LabEx Paris Saclay Plant Sciences, y el programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea han financiado el estudio.