Cuando los cultivos crecen en suelos contaminados con arsénico, este elemento tóxico se acumula en la cadena alimentaria. En un nuevo estudio, los científicos han descubierto un mecanismo utilizado por las plantas de maíz para reducir la absorción de arsénico: el factor clave es una sustancia especial que las raíces liberan al suelo.
El arsénico es un metaloide tóxico de origen natural. Los suelos y aguas contaminados con arsénico se encuentran en todo el mundo, especialmente en países del sudeste asiático como Bangladesh, Vietnam y China. Suiza también tiene varios puntos calientes naturales donde el arsénico se produce en concentraciones superiores a la media. Un ejemplo es el suelo de Liesberg, en el cantón de Basilea.
“Un problema particular para las plantas es que el arsénico es químicamente similar al fósforo. El fósforo es un nutriente importante que las plantas absorben a través de canales de transporte especiales en las raíces. El arsénico llega a las plantas a través de estos canales”, afirma el profesor Klaus Schleppi de la Facultad de Ciencias Ambientales de la Universidad de Basilea.
Como resultado, cada vez más sustancias tóxicas se acumulan en la biomasa y entran en la cadena alimentaria. A largo plazo, esto afecta negativamente a la salud humana. La alta exposición al arsénico puede provocar, por ejemplo, daños neurológicos y cáncer.
Sin embargo, como informó el equipo de Schleppi en un estudio publicado en la revista PNAS, el maíz reduce la toxicidad del arsénico a través de compuestos conocidos como benzoxazinoides. Estas sustancias son producidas por la mayoría de las plantas del grupo botánico de las gramíneas, que también incluye el maíz y el trigo. El maíz produce cantidades especialmente grandes de benzoxazinoides, que también llegan al suelo a través del sistema radicular.
«Ya existen pruebas de que el maíz absorbe menos arsénico que otras especies de plantas», afirma Schleppi.
Para probar esta hipótesis, los investigadores cultivaron plantas de maíz en dos tipos de suelo: libre de arsénico y rico en arsénico. Realizaron el mismo experimento en paralelo con plantas de maíz, que no pueden producir benzoxazinoides debido a un defecto genético. Schleppi llevó a cabo estos experimentos en colaboración con los grupos de investigación del profesor Adrian Mestro y el profesor Matthias Erb de la Universidad de Berna.
El resultado fue claro: el maíz que producía benzoxazinoides crecía mejor en suelos que contenían arsénico y acumulaba significativamente menos arsénico en su biomasa que el maíz que no producía benzoxazinoides.
Cuando los investigadores mezclaron benzoxazinoides con tierra que contenía arsénico, las plantas mutantes también quedaron protegidas de la toxicidad del arsénico. «Esto demostró que la presencia de benzoxazinoides en el suelo reduce la absorción de arsénico por las plantas», afirma Schleppi.
A continuación, los investigadores querían encontrar el mecanismo subyacente que provoca este efecto. El análisis del microbioma de la raíz mostró que no estaban involucradas bacterias ni hongos. Sin embargo, el análisis químico del suelo mostró que una forma particularmente tóxica de arsénico desaparecía en presencia de benzoxazinoides.
“Esto indica que los benzoxazinoides transforman el arsénico de tal manera que ya no puede ser absorbido por la raíz. Actualmente todavía no está claro qué procesos químicos están implicados”, añade el científico.
Otros experimentos demostraron que los efectos beneficiosos de los benzoxazinoides en el suelo persistieron durante mucho tiempo: incluso la segunda generación de maíz se benefició de la liberación de benzoxazinoides de la primera generación.
“Una aplicación de estos resultados podría ser cultivar plantas en áreas contaminadas con arsénico que produzcan más benzoxazinoides. Se pueden crear plantas con mayores emisiones mediante el mejoramiento clásico o la modificación genética específica. “De esta manera, podríamos estar más seguros de que entrará menos arsénico en la cadena alimentaria”, concluyó.
Fuente: Universidad de Basilea. Autor del texto: Yvonne Valencik.
La foto muestra a investigadores recogiendo agua de los poros del suelo alrededor de las raíces de las plantas de maíz como parte de experimentos en invernadero. La presión negativa en la jeringa extrae agua del suelo para su posterior análisis.
Foto: Universidad de Basilea. Autor de la foto: Verónica Kaja.
