Los científicos han descubierto que ciertas plantas pueden sobrevivir a condiciones secas y estresantes controlando la pérdida de agua a través de sus hojas sin depender de su mecanismo habitual: pequeños poros conocidos como estomas.
por la Universidad de Birmingham
El control no estomático de la transpiración en el maíz, el sorgo y el mijo (todos cultivos C4 que son fundamentales para la seguridad alimentaria mundial) proporciona a estas plantas una ventaja al mantener un microclima beneficioso para la fotosíntesis dentro de sus hojas.
Esto permite que las plantas absorban dióxido de carbono como parte del proceso de fotosíntesis y crecimiento, a pesar de las temperaturas elevadas y la mayor demanda atmosférica de agua, sin aumentar el gasto de agua.
Al publicar sus hallazgos el 16 de septiembre en PNAS , investigadores de la Universidad de Birmingham, la Universidad Nacional Australiana, Canberra, y la Universidad James Cook, Cairns, desafían la comprensión tradicional de la transpiración y la fotosíntesis de las plantas en condiciones de crecimiento estresantes y secas, es decir, que los estomas por sí solos controlan la pérdida de agua de las hojas .
El coautor Dr. Diego Márquez, de la Universidad de Birmingham, comentó: “Esto revolucionó nuestra comprensión de las relaciones entre las plantas y el agua al demostrar que el control no estomático de la transpiración limita la pérdida de agua sin comprometer la ganancia de carbono, desafiando lo que generalmente se acepta como una compensación inevitable.
“Nuestros hallazgos tienen implicaciones importantes para la adaptación de las plantas al cambio climático y para la manera en que se pueden cultivar los cultivos en ambientes áridos. Comprender este mecanismo podría abrir nuevas vías para mejorar la eficiencia del uso del agua en los cultivos C4, que son vitales para la seguridad alimentaria mundial”.
El estudio confirma que las plantas C4 mantienen humedades relativas reducidas en la cavidad subestomática, hasta un 80% bajo estrés por déficit de presión de vapor (VPD), lo que reduce la pérdida de agua y resalta un papel crítico del control no estomático en la eficiencia del uso del agua.
Este mecanismo ayuda a las plantas a mantener la fotosíntesis al reducir la pérdida de agua sin reducir significativamente los niveles de CO2 intercelular necesarios para la fotosíntesis. Esto es crucial para mantener el crecimiento y garantizar que los cultivos prosperen.
Los hallazgos también sugieren que los mecanismos de control no estomático pueden haber evolucionado antes de la divergencia de las vías fotosintéticas C3 y C4, lo que indica un rasgo evolutivo compartido.
“Nuestra investigación replantea la comprensión de la eficiencia del uso del agua en las plantas C4 y revela que este mecanismo alternativo ayuda a las plantas a seguir creciendo y capturando dióxido de carbono, incluso cuando la demanda atmosférica de agua es alta, lo que desafía las suposiciones tradicionales sobre cómo estas plantas sobreviven a las sequías”, agregó el Dr. Márquez.
La fotosíntesis es la forma en que las plantas utilizan la luz y el dióxido de carbono para producir azúcares que les permitan crecer, mediante una enzima llamada Rubisco. Las plantas utilizan el dióxido de carbono que entra por los estomas abiertos para producir azúcar, mientras que los estomas abiertos también dejan salir vapor de agua.
Mientras que las plantas C3 dependen únicamente de la difusión de CO2 a través de sus estomas para obtener carbono, las plantas C4 poseen estructuras foliares y enzimas especializadas que concentran el dióxido de carbono alrededor de la Rubisco, mejorando su rendimiento fotosintético y la eficiencia en el uso del agua.
Sin embargo, este beneficio tiene una contrapartida, ya que estas plantas son vulnerables a una reducción sustancial de la fotosíntesis cuando los estomas se cierran. Por lo tanto, el mecanismo no estomático es crucial para garantizar el éxito en el control de la pérdida de agua y permitir que los estomas permanezcan abiertos.
Más información: Márquez, Diego A. et al, La insaturación del espacio aéreo del mesófilo impulsa el éxito de las plantas C4 bajo estrés por déficit de presión de vapor, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2024). DOI: 10.1073/pnas.2402233121 . doi.org/10.1073/pnas.2402233121
