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Autofagia: equilibrio de zinc y hierro en las plantas

suelo del bosque
Crédito: Unsplash / CC0 Public Domain

Los desequilibrios de nutrientes pueden afectar negativamente la salud de los cultivos y la productividad agrícola. Los oligoelementos zinc y hierro son absorbidos por los mismos transportadores en las plantas, por lo que la deficiencia de zinc puede resultar en una absorción excesiva de hierro. 


por la Universidad Meiji


¿Cómo afronta la planta este desequilibrio? Investigadores de la Universidad Meiji, Japón, revelan que la autofagia, el proceso de autodegradación intracelular, puede tener un papel inesperado en la restauración del equilibrio zinc-hierro en las plantas.

Un equilibrio de nutrientes y minerales en el suelo es esencial para el crecimiento óptimo de las plantas. Una deficiencia o un exceso de nutrientes específicos puede tener efectos perjudiciales sobre el crecimiento y la salud de las plantas, afectando así la calidad y cantidad general de los productos agrícolas. Los desequilibrios de nutrientes se han vuelto cada vez más frecuentes, dada la excesiva contaminación por metales pesados ​​de las actividades industriales.

El zinc, un oligoelemento esencial, es importante para varios procesos importantes de la vida. Curiosamente, la absorción y el transporte de zinc y hierro , otro nutriente esencial, se facilita a través de un grupo común de proteínas conocidas como proteínas similares a transportadores reguladas por zinc y hierro (ZIP). Esto significa que una alteración en este «balancín» zinc-hierro puede conducir a síntomas inducidos por sus respectivas deficiencias. Es decir, si un suelo no tiene suficiente zinc, las ZIP se las arreglan aumentando su absorción de hierro, lo que resulta en un aumento de especies oxidativas reactivas y clorosis (coloración amarillenta de las hojas). Por el contrario, un exceso de zinc conduce a una disminución de la absorción de hierro. ¿Cómo se restaura el equilibrio intracelular de estos nutrientes en tales situaciones?

Investigadores de la Universidad Meiji, Japón, exploraron más profundamente los posibles mecanismos del equilibrio zinc-hierro o «homeostasis», el papel potencial de la autofagia, un proceso de autodegradación y reciclaje, en la restauración del equilibrio zinc-hierro en las células vegetales. Al describir su estudio, publicado en Trends in Plant Science , el autor correspondiente y profesor, el Dr. Kohki Yoshimoto, dice: «Si bien la mayoría de los estudios han abordado el papel de la absorción y el transporte de nutrientes, proponemos un modelo novedoso sobre cómo la autofagia suministra iones móviles de zinc y hierro. bajo hambre de zinc y estrés por exceso de zinc, respectivamente; por lo tanto, equilibrar el balancín intracelular de zinc-hierro para adaptarse a una amplia gama de concentraciones ambientales de zinc «.

Se ha demostrado anteriormente que la autofagia aumenta la disponibilidad de zinc en los sistemas de la planta. En Arabidopsis, un sistema modelo vegetal, los mutantes atg, que son deficientes en respuestas de autofagia, tienen niveles reducidos de zinc y exhiben clorosis severa. Además, se sabe que la deficiencia de zinc desencadena la autofagia, que reabastece iones de zinc móviles para el crecimiento de las plantas. En mutantes deficientes en autofagia, sin embargo, esta activación se altera, lo que lleva a los síntomas clásicos de deficiencia de zinc.

El exceso de zinc también es tóxico para las plantas, y la autofagia también es la salvadora en tales casos. Las plantas presentan síntomas de deficiencia de hierro en condiciones de exceso de zinc. La autofagia se activa en condiciones de exceso de zinc para reabastecer iones de hierro móviles de formas no móviles, como las proteínas unidas al hierro. La autofagia mejora la biodisponibilidad del hierro y suprime los síntomas de deficiencia de hierro.

Pasando del papel de la autofagia en la homeostasis zinc-hierro, los investigadores procedieron a dilucidar los mecanismos de detección de nutrientes responsables de activar la autofagia. Los factores de transcripción bZIP19 y bZIP23, pertenecientes a la familia de las cremalleras de leucina básica, detectan cambios en los niveles de zinc intracelular y, en consecuencia, regulan la expresión de proteínas transportadoras en la membrana celular. Los investigadores especulan que estas proteínas pueden ser los reguladores que activan o desactivan la respuesta de autofagia según el estado del zinc. Un mecanismo similar también puede entrar en juego en condiciones de deficiencia de hierro con exceso de zinc para restaurar los niveles de hierro.

En general, la autofagia funciona como un mecanismo de retroalimentación que puede reaccionar ante la deficiencia o el exceso de estrés inducido por zinc y, en consecuencia, alterar la fracción biodisponible de nutrientes en las células vegetales.

El Dr. Yoshimoto dice: «Nuestro modelo ofrece una nueva perspectiva de la homeostasis de los metales en las plantas . Esto puede contribuir al desarrollo de nuevas técnicas de cultivo y variedades de cultivos robustas que sean resistentes a las fluctuaciones de los niveles de nutrientes. Además, nuestros hallazgos también pueden aplicarse a humanos salud para resolver los síntomas inducidos por la deficiencia de zinc, un problema importante en los países en desarrollo «.



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