Las hojas de las plantas pueden hacer frente a concentraciones de sal mucho más altas que las raíces. El mecanismo subyacente puede ayudar a desarrollar cultivos más tolerantes a la sal.
por Julius-Maximilians-University (JMU) Würzburg
Cuando falta agua, calor o riego intensivo, aumenta el nivel de sal común (cloruro de sodio) en el suelo. Sin embargo, la mayoría de los cultivos son sensibles a la sal. Reaccionan al aumento de la salinidad del suelo reduciendo considerablemente su crecimiento. Esto conduce a una reducción en la cosecha.
Una vez absorbida del suelo por las raíces y llevada con el flujo de agua a los brotes y las hojas, la sal puede ejercer su efecto tóxico sobre el metabolismo de la planta. Investigadores de plantas de la Universidad Julius-Maximilians (JMU) Würzburg en Baviera, Alemania, muestran cómo la planta puede escapar de este dilema en su última publicación en la revista New Phytologist .
El profesor biofísico Rainer Hedrich y su equipo han desarrollado una metodología que se puede utilizar para registrar fácil y rápidamente cómo las plantas desintoxican la entrada de sal en sus hojas.
El movimiento de las hojas como indicador del transporte de sal
Para investigar los mecanismos de desintoxicación de sal en las hojas, la Dra. Dorothea Graus como primera autora de la publicación, la profesora Irene Marten y el Dr. Kai Konrad utilizaron plantas de tabaco como sistema modelo. Los espacios intercelulares de las hojas de tabaco se pueden cargar fácil y rápidamente con soluciones de prueba usando una jeringa.
Para registrar el afrontamiento del estrés salino agudo, el interior de las hojas de tabaco se inundó con una solución de sal marina al 30 por ciento y la reacción se registró con una cámara de video. Este estrés salino desencadenó una disminución de la presión en las células de la hoja , que se hizo evidente a medida que la hoja se hundía progresivamente.
«Estábamos preparados para esto», dice Rainer Hedrich. «Pero el hecho de que la hoja se recuperara por completo de la inundación de sal y volviera a su posición de hoja original después de solo 30 a 40 minutos fue más que sorprendente». La dosis de sal inyectada permaneció en la hoja, pero no en los espacios intercelulares. En cambio, fue absorbido en el plasma celular.
La sal, que reducía la presión en la hoja, se importaba así a la célula y luego se canalizaba hacia el compartimento celular más grande, la vacuola. A través de este paso, el agua perdida inicialmente por ósmosis vuelve a entrar en la celda, con lo cual la presión de la celda vuelve a acumularse y la hoja se estira.
¿Cómo entra la sal en la célula y cómo termina en la vacuola?
Kai Konrad e Irene Marten explican que » los iones de sodio ingresan a la célula a través de los canales de iones y son impulsados por el potencial negativo de la membrana celular. Los iones de cloruro son absorbidos por los cotransportadores de cloruro-protón, que son alimentados por la fuerza motriz del protón.
Como resultado de la absorción de sal de cloruro de sodio en el plasma celular, el potencial de membrana cae temporalmente mientras que la concentración neta de protones disminuye. Estas señales, junto con los sensores de iones de sodio, inician el transporte de sal desde el citoplasma hacia la vacuola. Las investigaciones han demostrado que el transporte en la membrana de la vacuola codetermina fuertemente lo que sucede en el citoplasma y en la membrana celular.
Kai Konrad agrega: «Usando la detección de la concentración de protones basada en la fluorescencia, pudimos demostrar que la absorción de iones de sodio en la vacuola se acompaña de un cambio en la concentración de protones en el citosol y la vacuola». Esto fue una indicación de la participación del transportador NHX1 localizado en la membrana de la vacuola, que intercambia iones de sodio por protones de la vacuola durante el estrés salino. «Pudimos corroborar esta suposición con líneas de plantas cuyas vacuolas mostraron una mayor actividad del antiportador de iones de sodio y protones NHX1», explica Kai Konrad.
Excepción innovadora al dogma del calcio de la tolerancia a la sal
En las raíces, un aumento de iones de calcio en el citoplasma desencadena fuerzas de repulsión de iones de sodio que rechazan las sales invasoras en el suelo. Este mecanismo de protección de la sal, también conocido como vía SOS, también está activo en la raíz del tabaco. Sin embargo, el equipo de investigación de Würzburg se sorprendió al descubrir que las hojas podían desintoxicar la carga de sal administrada sin ninguna señal de calcio.
Esto significa que el dogma SOS basado en los iones de calcio ya no es válido con respecto al manejo del estrés salino en las hojas.
“Las raíces de la mayoría de las plantas ya sufren cuando se enfrentan a una cuarta parte de la dosis de sal que le hemos impuesto a la hoja de tabaco”, explica Kai Konrad. Por lo tanto, aparentemente, las hojas tienen un mejor manejo del estrés salino y, por lo tanto, tolerancia a la sal que las raíces. Sin embargo, en el caso de una salinización persistente del suelo, el depósito de sal en la vacuola de las plantas cultivadas se llena y luego también lleva la tolerancia a la sal en la hoja a sus límites.
Comprender mejor los mecanismos de toxicidad de la sal en las hojas podría ayudar a desarrollar nuevas estrategias para producir cultivos tolerantes a la sal. Con este fin, el equipo de investigación de Würzburg tiene como objetivo utilizar proteínas de transporte de iones controladas por la luz, las llamadas herramientas optogenéticas, para alterar específicamente las proporciones de iones de sodio, cloruro, protones y calcio en la célula y así descifrar aún más los mecanismos de transporte de sal y vías de señalización implicadas.
Más información: Dorothea Graus et al, El tejido de la hoja de tabaco desintoxica rápidamente las cargas directas de sal sin activación de la señalización de calcio y SOS,
New Phytologist (2022). DOI: 10.1111/nph.18501
