La prioridad número uno de una planta es crecer , una hazaña que requiere luz solar, nutrientes y agua. Si falta tan solo uno de estos tres elementos, como el agua en una sequía, el crecimiento se detiene.
Podrías pensar entonces que, al final de la sequía, la planta volvería a crecer de inmediato. En cambio, sus prioridades cambian.
Los biólogos vegetales de Salk utilizaron técnicas avanzadas de transcriptómica unicelular y espacial para observar de cerca cómo una pequeña planta con flores llamada Arabidopsis thaliana se recupera tras una sequía . Descubrieron que la inmunidad se convirtió en la principal prioridad de la planta durante este período possequía, al observar cómo los genes inmunoestimulantes se activaban rápidamente en las hojas de Arabidopsis. Esta respuesta inmunitaria potenciada, denominada «Inmunidad Inducida por Recuperación de la Sequía» (DRII), también se observó en tomates silvestres y domesticados, lo que sugiere que priorizar la inmunidad se conserva evolutivamente y probablemente se presente en otros cultivos importantes.
Los hallazgos, publicados en Nature Communications el 29 de agosto de 2025, plantan la semilla para producir cultivos más resilientes y proteger el suministro mundial de alimentos en los próximos años.
«La sequía supone un gran desafío para las plantas, pero lo que se comprende menos es cómo se recuperan una vez que regresa el agua», afirma el autor principal, Joseph Ecker, profesor, presidente del Consejo Internacional de Salk en Genética e investigador del Instituto Médico Howard Hughes. «Descubrimos que, en lugar de acelerar el crecimiento para compensar el tiempo perdido, Arabidopsis activa rápidamente una respuesta inmunitaria coordinada. Este descubrimiento destaca la recuperación como una ventana crítica de reprogramación genética y apunta a nuevas estrategias para la ingeniería de cultivos que puedan recuperarse con mayor eficacia tras el estrés ambiental».
Planta sedienta, suelo seco.
Arabidopsis ha servido como un importante modelo de laboratorio para los fitobiólogos durante medio siglo. Esta planta es rápida y fácil de cultivar, y su genoma es relativamente simple en comparación con otras plantas. Pero, fundamentalmente, muchos de los genes individuales del genoma de Arabidopsis son compartidos por numerosas especies vegetales, incluyendo cultivos de importancia agrícola como el tomate, el trigo y el arroz.
Una característica que Arabidopsis comparte con todas las plantas es su necesidad de agua. La pequeña planta absorbe agua a través de poros microscópicos en su «piel», pero estos pequeños poros también pueden ponerla en riesgo, ya que exponen directamente su vulnerable interior al mundo exterior. Esto la desafía a encontrar un equilibrio entre la absorción de agua y la defensa contra intrusos ambientales dañinos, como los patógenos.
Este equilibrio se vuelve aún más difícil durante la recuperación de la sequía. Sin agua, la planta cierra sus poros y entra en un estado de estrés, deteniendo su crecimiento y agotando sus reservas. Cuando el agua regresa, los poros se abren rápidamente para saciar la sed de la planta, exponiéndola repentinamente de nuevo a los peligros del mundo exterior. Entonces, ¿cómo se protegen las plantas de esta repentina embestida durante el proceso de recuperación de la sequía?
«Sabemos mucho sobre lo que ocurre en las plantas durante la sequía, pero sabemos muy poco sobre lo que ocurre durante ese período crítico de recuperación», afirma Natanella Illouz-Eliaz, primera autora e investigadora postdoctoral en el laboratorio de Ecker. «Este período de recuperación es increíblemente activo y complejo genéticamente, ya que hemos descubierto procesos que desconocíamos, o incluso asumíamos, que formarían parte de la recuperación. Ahora sabemos definitivamente que vale la pena estudiar más la recuperación de aquí en adelante».
Un estudio rápido, unicelular y con conciencia espacial
Los investigadores tomaron plantas de Arabidopsis que habían estado en estado de sequía y las reintrodujeron en agua. Examinaron las hojas de las plantas para detectar cambios en la expresión génica a partir de los 15 minutos y trabajaron gradualmente hasta los 260 minutos. Esta rápida vigilancia distingue al estudio, ya que los fitobiólogos no suelen recopilar datos tan pronto después de la rehidratación.
«Lo realmente increíble aquí», añade Illouz-Eliaz, «es que nos habríamos perdido por completo este descubrimiento si no hubiéramos decidido recopilar datos en estos puntos temporales tempranos».
Si bien todas las células de una hoja de Arabidopsis comparten el mismo código genético, la expresión de cada gen en dicho código varía de una célula a otra. El patrón de genes expresados por cada célula determina su identidad y función. Capturar eficazmente los patrones de expresión génica que difieren entre células microscópicas requiere el uso de tecnología sofisticada de secuenciación génica, como la transcriptómica unicelular y la transcriptómica espacial.
Los métodos más antiguos requerían que los científicos tomaran una hoja, la trituraran y midieran a partir de ahí los patrones generales de expresión. La transcriptómica unicelular permite capturar la expresión génica en un contexto celular, lo que a su vez representa con mayor precisión la dinámica celular dentro de los tejidos vegetales. Además de esta impresionante precisión unicelular, la transcriptómica espacial analiza esas células individuales dentro del contexto físico de la planta intacta. Con este método, los científicos pueden procesar la hoja (o una sección de ella) en su totalidad para observar cómo difiere la expresión entre las células vecinas durante la sequía o la recuperación.
Inmunidad inducida por recuperación de la sequía (DRII)
Tan solo 15 minutos después de regar, el equipo observó cómo los genes latentes cobraban vida. Los patrones de expresión cambiaron significativamente en las numerosas células foliares, activando un gen tras otro hasta que miles de nuevos genes se activaron. Estos numerosos genes desencadenaron una respuesta inmunitaria que los investigadores denominan «Inmunidad Inducida por Recuperación de la Sequía» (DRII). En el vulnerable período de rehidratación, la DRII salió en defensa de Arabidopsis, protegiéndola de patógenos.
Tras observar la DRII en Arabidopsis, el equipo se preguntó si las plantas de tomate silvestres y cultivadas también la experimentaban. Ambos tipos de tomate experimentaron DRII, lo que, al igual que en Arabidopsis, aumentó su resistencia a patógenos. Estos hallazgos en el tomate también sugieren que la respuesta inmunitaria podría ser común a muchas otras especies de plantas y cultivos.
Aún queda mucho por comprender sobre esta rápida respuesta inmunitaria . Para empezar, el proceso de rehidratación comienza en las raíces. Entonces, ¿cómo viaja la señal tan rápido desde las raíces hasta la hoja, activando cambios en la expresión génica en tan solo 15 minutos? ¿Y qué es esa señal?
Los investigadores también creen que los hallazgos pueden ayudar a cambiar la perspectiva del campo sobre el estrés vegetal. Quizás las plantas no solo se centran en la supervivencia y el crecimiento, sino más bien en prepararse para lo que viene después del retorno del agua. Y tal vez la ponderación entre la supervivencia y la longevidad dependa de un sistema que detecte la gravedad del estrés.
«Nuestros resultados revelan que la recuperación de la sequía no es un proceso pasivo, sino una reprogramación altamente dinámica del sistema inmunitario de la planta», afirma Ecker. «Al definir los eventos genéticos tempranos que ocurren a los pocos minutos de la rehidratación, podemos empezar a descubrir las señales moleculares que coordinan la recuperación del estrés y explorar cómo estos mecanismos podrían aprovecharse para mejorar la resiliencia de los cultivos».
Otros autores incluyen a Jingting Yu, Joseph Swift, Kathryn Lande, Bruce Jow, Lia Partida-Garcia, Travis Lee, Rosa Gomez Castanon, William Owens, Chynna Bowman, Emma Osgood, Joseph Nery y Tatsuya Nobori de Salk; y Za Khai Tuang, Adi Yaaran, Yotam Zait y Saul Burdman de la Universidad Hebrea de Jerusalén.
Más información: Natanella Illouz-Eliaz et al., La recuperación de la sequía en plantas desencadena una activación inmunitaria específica del estado celular, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-63467-2
