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Cómo las plantas aprendieron a ahorrar agua

Cómo las plantas aprendieron a ahorrar agua
Dos poros estomáticos abiertos en la superficie de una hoja de helecho, cada uno rodeado por dos células protectoras en forma de riñón. Panel derecho: momentos importantes durante la evolución de los estomas. Los estomas probablemente evolucionaron en una planta terrestre temprana, de la cual descienden todas las especies actuales, pero probablemente se perdieron en las hepáticas. Algunos genes que controlan el movimiento de los estomas en las plantas con flores probablemente surgieron recientemente, en las plantas con semillas, dentro de antiguas familias de genes que estaban presentes en las algas. Los genes de señalización con funciones específicas en las células protectoras probablemente surgieron después de que los musgos se separaron de un ancestro común. Crédito: Julius-Maximilians-Universität Würzburg, JMU

Los minúsculos poros de las hojas de las plantas, llamados estomas, tienen una gran influencia en el estado de nuestro planeta. 


por Julius-Maximilians-Universität Würzburg


A través de los estomas, las plantas absorben dióxido de carbono, que se incorpora a los carbohidratos, y liberan oxígeno. Pero también pierden agua a través de los poros abiertos, lo que puede poner en peligro la vida de las plantas en condiciones secas.

Por lo tanto, las plantas han desarrollado vías de señalización complejas que optimizan el ancho de apertura de los estomas para adaptarse a las condiciones ambientales. En respuesta a los cambios en la disponibilidad de luz, dióxido de carbono y agua, pueden abrir o cerrar estos poros. ¿Cómo evolucionaron las vías de señalización responsables de esta regulación? Esto se está investigando en Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) en Baviera, Alemania, en el equipo del científico de plantas Rainer Hedrich.

«Actualmente estamos recopilando y analizando datos de diferentes especies de plantas», dice el profesor Hedrich. Explica que esta investigación también tiene relevancia para la agricultura: «El conocimiento sobre la evolución de estas vías de señalización podría alimentar los esfuerzos de mejoramiento para desarrollar cultivos que puedan crecer con menos agua». Después de todo, la mayor parte del agua potable suministrada a las plantas a través de los sistemas de riego se pierde a través de los poros de los estomas. En vista del cambio climático, las variedades de plantas que pueden hacer frente a la sequía son muy buscadas.

Historia de genes importantes reconstruidos

En la revista Trends in Plant Science , los investigadores de JMU, la Dra. Frances Sussmilch, el Profesor Jörg Schultz, el Profesor Hedrich y el Dr. Rob Roelfsema ahora resumen el estado actual del conocimiento sobre las vías de señalización que utilizan las plantas para regular su equilibrio hídrico.

El equipo de Würzburg ha reconstruido la historia evolutiva de genes importantes que controlan el movimiento de los poros de las hojas en las plantas con flores. Resultó que la mayoría de estos genes pertenecen a antiguas familias de genes que se encuentran en todos los grupos de plantas, incluidas las algas verdes. Estas familias de genes probablemente se desarrollaron antes de que las primeras plantas colonizaran la tierra.

Los investigadores también descubrieron que algunos genes específicos que controlan la apertura y el cierre de los poros de las hojas en respuesta a la luz y el dióxido de carbono probablemente solo se desarrollaron en plantas con semillas o plantas con flores después de haber sido separados en la evolución de un ancestro común con los helechos.

Genes de señalización específicos en células de guarda ajustables

En su trabajo, los científicos de JMU observan de cerca las células protectoras de las plantas . Estas dos células rodean cada poro de la hoja. Cuando la presión hidráulica aumenta en las celdas de protección, los poros se abren. Si la presión disminuye, el poro se cierra.

En las células protectoras de las plantas con flores, los productos de ciertos genes de señalización clave tienen propiedades únicas o se encuentran en concentraciones mucho más altas que en las células de las hojas circundantes. Es probable que la especificidad de estos genes sea importante para controlar la presión hidráulica en las células de protección.

Los investigadores también han examinado genes relacionados utilizando datos disponibles para el musgo Physcomitrella patens. «Descubrimos que ninguno de los genes del musgo de interés era específico para el tejido portador de estomas, sino que todos estos genes también se expresaban en tejidos sin estos poros», dijo Frances Sussmilch. Rob Roelfsema y Jörg Schultz añaden: «Los genes de señalización con funciones específicas en las células de guarda probablemente surgieron más tarde en la evolución de las plantas, después de la divergencia de los musgos de un ancestro que comparten con las plantas con flores».



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