Las plantas que se encuentran muy juntas hacen todo lo posible por interceptar la luz. Esta respuesta de «evitación de la sombra» ha sido ampliamente estudiada.
por la Universidad de Wageningen
Por eso es aún más sorprendente que los investigadores del laboratorio de Biología Molecular de la Universidad de Wageningen hayan descubierto otro mecanismo completamente nuevo: el importante papel de la hormona citoquinina.
Su investigación ha sido publicada en Nature Communications .
Las plantas en la naturaleza, en el campo o en el invernadero compiten entre sí por la luz, la humedad y los nutrientes. Cuanto más densamente plantadas estén, más dura será la competencia. Pero ¿cómo saben que están un poco amontonadas?
«En cultivos densamente plantados, la luz roja se absorbe más rápido que la luz roja lejana, que en cambio se refleja. Por lo tanto, la proporción entre rojo y rojo lejano disminuye con una mayor densidad. Las plantas «ven» esto a través del pigmento fotosensible fitocromo», explica Ronald Pierik, catedrático de biología molecular en la Universidad e Investigación de Wageningen.
El pigmento es como un interruptor: puede estar activo o inactivo. La relación entre el rojo y el rojo lejano hace funcionar el botón, por así decirlo, y eso desencadena toda una serie de reacciones.
Pierik afirma: «Con niveles relativamente altos de luz roja lejana, como es el caso de los cultivos densamente plantados, los tallos crecen más, al igual que los pecíolos. Las hojas mismas se mueven de una posición horizontal a una más vertical. Cualquier cosa con tal de elevarse por encima de sus vecinas e interceptar más luz».
Competencia en superficie y bajo tierra
Ya se sabe mucho sobre esta respuesta y los mecanismos que la impulsan.
«La forma en que las plantas procesan la información relacionada con la luz es importante para nuestros cultivos, porque siempre las plantamos muy juntas. La cuestión es hasta dónde podemos llegar», dice Pierik.
Sin embargo, las plantas no sólo compiten por la luz, sino también por los nutrientes, por ejemplo.
«Por lo tanto, se debe considerar la evitación de la sombra junto con otras respuestas a la competencia. De ese modo, se estaría más cerca de la situación en el campo. Esta línea de pensamiento llevó a nuestro investigador postdoctoral Pierre Gautrat, que inició este trabajo en nuestro antiguo grupo en la Universidad de Utrecht, a la idea de examinar la competencia aérea y subterránea en conjunto. Una de las preguntas de investigación era si la planta, si no recibe mucha nutrición en forma de nitrógeno, aún puede responder bien a la luz roja lejana», dice.
La citoquinina actúa como mensajero.
Para ello, los tejidos en crecimiento necesitan saber cuánto nitrógeno hay disponible en el suelo. Lo saben porque desde las raíces pasa un mensaje a los puntos de crecimiento. En este caso, el mensajero es la hormona vegetal citoquinina. Esta hormona se forma en las raíces y pasa por las venas a la parte de la planta que está por encima del suelo. Si hay una gran cantidad de nitrógeno presente, también habrá mucha citoquinina.
«De hecho, la respuesta de evitación de la sombra parece inhibirse cuando el nitrógeno es bajo. Sin embargo, hemos demostrado que es posible engañar a la planta. Si le das más citoquinina, cuando el nitrógeno es bajo, aún así obtienes un crecimiento sustancial en longitud con más luz roja lejana. Esta es la primera vez que alguien ha demostrado que la citoquinina juega un papel en la evitación de la sombra. Por lo tanto, hemos descubierto un nuevo mecanismo. Esto es bastante sorprendente, porque estos procesos ya han sido estudiados muy intensivamente», dice Pierik.
Y lo que es aún más sorprendente es que hasta ahora se sabía que la citoquinina era la hormona que inhibe el crecimiento en longitud. «En retrospectiva, todos los ensayos en los que se basó esa conclusión se basaron en plántulas cultivadas en la oscuridad. Sólo se obtiene esa respuesta cuando se cultivan en la luz. Y no con luz blanca normal, sino sólo con un exceso de luz roja lejana», explica.
El inhibidor inhibió
Los investigadores también estudiaron cómo funciona este mecanismo a nivel genético.
«Existen proteínas específicas que inhiben la sensibilidad de las plantas a las citoquininas. Los genes que codifican estas proteínas se inhiben a su vez cuando se exponen a la luz roja lejana. En otras palabras, se inhibe el inhibidor. Y eso es precisamente lo que estimula la sensibilidad. Estos también son conocimientos muy nuevos», afirma Pierik.
La arquitectura de los cultivos puede ser muy importante.
«Aprendimos eso de la Revolución Verde. Eso dio como resultado rendimientos mucho mayores porque los agrónomos comenzaron a cultivar variedades de arroz y trigo que dedicaban menos energía al crecimiento longitudinal y más a los granos. Estos nuevos conocimientos pueden ayudar a los agrónomos y agricultores a lograr una mejor producción en cultivos como la cebada, el trigo, el maíz y el arroz», concluye.
Más información: Pierre Gautrat et al, La respuesta dependiente de los fitocromos a las citoquininas derivadas de las raíces permite respuestas de elongación coordinadas a señales combinadas de luz y nitrato, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-52828-y
