Las plantas que ‘respiran’ bajo el agua podrían ser clave para cultivos resistentes al estrés


Las plantas de los humedales tienen una alta tolerancia a las inundaciones debido a la formación de «aerénquima lisígeno», canales de aire que ayudan a transferir gases a las raíces sumergidas. 


por la Universidad de Nagoya


Estos canales también ayudan a la planta a resistir la sequía y la deficiencia de nutrientes. Ahora, científicos de Japón investigan el mecanismo subyacente de la formación de aerénquima para comprender mejor el fenómeno, abriendo las puertas al desarrollo de cultivos resistentes a los cambios climáticos extremos.

Las inundaciones y las sequías son los principales desastres ambientales responsables de la mayoría de las malas cosechas . La formación de aerénquima puede ayudar a los cultivos a hacer frente a estas tensiones ambientales. Sin embargo, no se observa comúnmente en especies que no pertenecen a los humedales, como el trigo y el maíz, que son cultivos alimentarios básicos en ciertas áreas del mundo. Los investigadores Takaki Yamauchi y Mikio Nakazono de la Universidad de Nagoya, Japón, han examinado la literatura sobre el tema para obtener una visión general concreta de los diversos factores que intervienen en la formación del aerénquima. «Si podemos controlar genéticamente el momento y la cantidad de formación de aerénquima lisígeno en las raíces de todos los cultivos importantes desde el punto de vista agronómico, como el maíz, el trigo y la soja, la pérdida de producción global de cultivos podría reducirse drásticamente», dice el Dr. Nakazono.

El Dr. Yamauchi y el Dr. Nakazono sugieren imaginar el aerénquima lisígeno en un esnórquel que se usa para respirar bajo el agua. Durante las inundaciones, las raíces se quedan sin oxígeno y otros gases vitales necesarios para sobrevivir. En respuesta, la planta crea vías de aire que conectan las regiones sumergidas de la planta con las partes sobre el agua. Similar a un tubo respirador, estas vías ayudan a la planta a «respirar» transportando gases a las raíces sumergidas. Además, los canales de aire reducen el requerimiento de energía para el proceso de respiración y pueden ayudar a la planta a conservar energía durante condiciones extremas de sequía o déficit de nutrientes.

Los investigadores encontraron que se requiere una fitohormona llamada «auxina» para la formación de aerénquima durante el crecimiento normal de la raíz e identificaron dos factores que conducen a la inducción de la formación de aerénquima en respuesta a las inundaciones. El fenómeno comienza cuando las raíces se sumergen bajo el agua en condiciones aeróbicas. Las restricciones al intercambio de gases hacen que el etileno se acumule en las raíces, lo que fomenta la producción del homólogo de oxidasa de explosión respiratoria (RBOH), una enzima responsable de la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS). Resulta que las ROS liberadas desencadenan la muerte celular en los tejidos, formando cavidades para el paso de gases.

La RBOH también puede activarse por la presencia de iones de calcio (Ca 2+ ) que se transportan desde el apoplasto (vías de agua). Ciertas plantas tienen proteínas quinasas dependientes de calcio que usan Ca 2+ para agregar fosfatos a la RBOH, estimulándola para que produzca ROS. Este efecto ocurre en etapas posteriores a medida que las plantas experimentan gradualmente condiciones de deficiencia de oxígeno después de una inmersión prolongada bajo el agua.

Si bien el aerénquima se asocia principalmente con plantas que se han adaptado a suelos con alto contenido de agua, también puede desarrollarse en plantas de tierras altas bajo sequía y deficiencia de nutrientes. Se encontró que bajas concentraciones de nitrógeno y fósforo, nutrientes esenciales requeridos para el crecimiento de las plantas, aumentan la sensibilidad al etileno, estimulando la formación de aerénquima. Además, el etileno también fue un factor común en la activación del aerénquima en el maíz, lo que ofrece una forma de mejorar la resiliencia del cultivo. «El aumento de la sensibilidad al etileno podría ser una estrategia eficaz para estimular la formación de aerénquima en ausencia de una difusión de gas restringida», especula el Dr. Yamauchi.

Si bien el mecanismo detrás de la formación de aerénquima sigue siendo incierto, lo que sugiere la necesidad de más investigación, los hallazgos de este estudio abren la posibilidad de mejorar la resiliencia de los cultivos y allanar el camino para una mejor seguridad alimentaria a raíz del cambio climático.

El artículo, «Mecanismos de formación de aerénquima lisígeno bajo estrés abiótico», se publicó en la revista Trends in Plant Science el 20 de noviembre de 2021.



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