El silicio (Si) es uno de los elementos más abundantes en la Tierra y se encuentra en grandes cantidades en el suelo.
Si bien el silicio no es esencial para las plantas terrestres, muchas plantas, como el arroz y las gramíneas, han utilizado el silicio para desarrollar poderosos mecanismos de defensa contra diversas agresiones ambientales.
El silicio se acumula en las hojas y los órganos aéreos de las plantas en forma de sílice amorfa (SiO2 ) , que ofrece protección contra patógenos, herbívoros y desafíos ambientales como la sequía. Comprender los procesos a través de los cuales las plantas gestionan este elemento beneficioso podría mejorar la resiliencia y la productividad de los cultivos, especialmente frente al cambio climático.
En un estudio reciente, un equipo de investigadores dirigido por el Dr. Naoki Yamaji, del Instituto de Ciencias y Recursos Vegetales de la Universidad de Okayama (Japón), ha descubierto una proteína de señalización clave, Shoot-Silicon-Signal (SSS), que regula la absorción, distribución y acumulación de silicio en el arroz y otras gramíneas. Su investigación se centró en Oryza sativa, una variedad de arroz conocida por su alta acumulación de silicio, y que depende en gran medida del silicio para un crecimiento y una productividad saludables.
El equipo estuvo formado por el Dr. Namiki Mitani-Ueno y el Dr. Jian Feng Ma del Instituto de Ciencias y Recursos Vegetales de la Universidad de Okayama (Japón). Este estudio, publicado en Nature Communications el 27 de diciembre de 2024, arroja luz sobre la evolución del SSS en los cultivos de arroz como mecanismo de defensa.
El Dr. Yamaji afirma: «Hemos estado estudiando la nutrición del silicio en las plantas y hemos identificado varios transportadores de silicio para la absorción, distribución y acumulación del silicio. Ahora, hemos investigado la proteína de señalización».
El SSS es un homólogo excepcional del florígeno, una hormona que regula la floración en las plantas. Si bien el florígeno desempeña un papel en el desarrollo de las plantas, el SSS desempeña un papel crucial en la regulación del silicio. Los investigadores descubrieron que cuando el silicio está disponible, el nivel de proteína SSS en la planta disminuye, lo que indica a la planta que ajuste su ingesta de silicio en consecuencia. Utilizaron una variedad de arroz de tipo salvaje (que se produce de forma natural), líneas celulares modificadas (mutadas) del gen SSS y una línea celular transgénica de arroz que contenía genes de la proteína SSS y la proteína fluorescente verde.
El equipo utilizó múltiples avances biotecnológicos para crear líneas celulares mutadas y transgénicas. Luego, realizaron varios análisis sobre la expresión del gen SSS y la presencia de la proteína SSS en varias partes de la planta.
En las plantas de arroz con el gen SSS mutado, la absorción de Si de las raíces se redujo significativamente, lo que provocó una caída en el rendimiento del grano. Esto resalta el importante papel del SSS en la regulación de la absorción y acumulación de Si. Además, los científicos descubrieron que en las hojas, el gen SSS se expresa en el floema, un tejido que ayuda al transporte de alimentos en las plantas.
Los hallazgos tienen implicaciones interesantes para la agricultura. Al utilizar la proteína SSS como marcador, los científicos pueden estimar mejor los requerimientos de silicio de una planta y, en consecuencia, optimizar la fertilización con silicio. Esto podría dar como resultado cultivos más resistentes y mejor equipados para enfrentar las tensiones ambientales, lo que en última instancia impulsaría la productividad y la sostenibilidad agrícolas .
El Dr. Yamaji enfatiza: «La acumulación de Si en las plantas alivia diversos tipos de estrés biótico y abiótico. Por lo tanto, la optimización del Si genera cultivos más tolerantes al estrés, lo que contribuye a la productividad y la sostenibilidad de la agricultura».
La acumulación y regulación del silicio también ayuda a la planta a adaptarse a las condiciones ambientales. Aunque el silicio no se considera un elemento esencial para el crecimiento de las plantas, el estudio demuestra su papel indispensable como elemento adaptativo.
El Dr. Yamaji afirma: «Este descubrimiento abre nuevas posibilidades para mejorar la gestión del silicio en los cultivos, en particular en regiones donde la disponibilidad de silicio en el suelo se reduce debido al cultivo. Al comprender mejor cómo las plantas regulan el silicio, podemos diseñar estrategias de fertilización más eficientes y mejorar la resiliencia de los cultivos a nivel mundial».
A medida que el cambio climático continúa amenazando la estabilidad agrícola, mejorar la gestión del Si podría convertirse en una estrategia clave para garantizar un suministro de alimentos más resiliente.
El Dr. Yamaji concluye: «El silicio no es sólo un elemento que las plantas acumulan, es una herramienta adaptativa que las ayuda a prosperar y sobrevivir. Al aprovechar el poder del silicio, podemos ayudar a garantizar un futuro agrícola más sostenible y productivo».
Más información: Naoki Yamaji et al, Proteína señal de silicio en los brotes para regular la absorción de silicio en las raíces del arroz, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-55322-7
