Las plantas necesitan fósforo para crecer y sobrevivir. En entornos con bajos niveles de fósforo disponible en el suelo, las plantas necesitan adaptarse para sobrevivir.
por la Universidad de Hiroshima
La hakea acerico es un gran arbusto leñoso y perenne originario del suroeste de Australia, una zona con niveles sorprendentemente bajos de fósforo en el suelo. Esta planta se ha adaptado a estas condiciones formando raíces en racimo (un gran número de raicillas más pequeñas que se extienden desde el eje de la raíz y que se asemejan a un cepillo de botella) para extraer la pequeña cantidad de fósforo presente en el suelo.
Las raíces en racimo ayudan a las plantas en suelos pobres en nutrientes al aumentar la superficie radicular en contacto con el suelo, mejorando así su capacidad para extraer recursos limitados. Además, secretan sustancias químicas y enzimas que mejoran la biodisponibilidad de los nutrientes, principalmente el fósforo, en el suelo.
La fosfatasa ácida, por ejemplo, es una enzima secretada por las raíces de los racimos que convierte el fósforo orgánico en una forma que las plantas pueden absorber fácilmente. Una mejor comprensión de estos mecanismos de supervivencia podría, en última instancia, ayudar a los investigadores a desarrollar cultivos alimentarios que puedan prosperar en suelos deficientes en nutrientes.
Si bien los investigadores han identificado con éxito muchas de las sustancias químicas secretadas por las raíces del racimo para mejorar la disponibilidad de fósforo, no se habían identificado los genes y las vías moleculares responsables de la secreción y la absorción de las raíces del racimo en la familia de plantas Proteaceae, incluida la hakea pincushion.
Para entender mejor cómo funcionan las raíces en racimo a nivel molecular, investigadores de la Universidad de Hiroshima, la Universidad de Australia Occidental, la Universidad de Okayama, la Universidad de Hokkaido, la Universidad de Yamagata y otras instituciones realizaron en colaboración un experimento de ARN-Seq en la hakea acerico para identificar los genes expresados en sus raíces en racimo.
El equipo publicó su investigación en la revista New Phytologist .
Nuestra pregunta principal era: ¿Cómo sobrevive la Hakea laurina en su entorno extremadamente limitado en fósforo? Nuestra hipótesis era que la Hakea laurina tiene estrategias específicas para maximizar la liberación de exudados radiculares, como carboxilatos y fosfatasas ácidas, de sus raíces en racimo, que son importantes para mejorar la disponibilidad de fósforo en el suelo, explicó el Dr. Hirotsuna Yamada, profesor adjunto de la Escuela de Posgrado de Ciencias Integradas para la Vida de la Universidad de Hiroshima y primer autor del artículo de investigación.
Los investigadores compararon los genes expresados en las raíces maduras de los racimos con los de las raíces laterales adyacentes como control. Esta comparación identificó 4210 genes con mayor expresión en las raíces de los racimos, lo que arrojó un gran número de genes potenciales asociados con una mayor secreción y absorción en las raíces de los racimos.
Estos incluían transportadores de fosfato implicados en la absorción radicular de fosfato y fosfatasas ácidas. Además, el análisis de la vía radicular de la Enciclopedia de Genes y Genomas de Kioto (KEGG) indicó que estas raíces en racimo potenciaban el metabolismo del carboxilato, lo que favorecería un aumento del aporte de carboxilatos, malato y citrato, para su secreción en suelos con bajo contenido de fósforo.
Uno de los genes altamente expresados en las raíces del racimo de hakea pincushion fue una proteína transportadora de malato activada por aluminio (ALMT) que los investigadores identificaron como HalALMT1.
Este HalALMT1 comparte el 51% de su secuencia de aminoácidos deducida con LaALMT1 , un transportador de malato de Lupinus albus (lupino blanco) que secreta malato en el suelo y, por lo tanto, mejora la disponibilidad de fósforo.
Los ensayos electrofisiológicos y la sobreexpresión en Arabidopsis thaliana establecieron que el malato mediado por HalALMT1 se libera al suelo. Su actividad se incrementó aún más en presencia de aluminio, que puede ser tóxico para las plantas en suelos ácidos. Estos resultados sugieren que HalALMT1 ayuda a movilizar el fósforo y a reducir la toxicidad del aluminio en las plantas mediante la secreción de malato.
Los investigadores también encontraron un patrón de expresión único de HalALMT1 en las raíces del racimo que contribuye aún más a la supervivencia en suelos deficientes en fósforo .
«Nuestros resultados muestran que las células de la corteza en las raicillas de Hakea laurina son sitios de secreción de carboxilato y fosfatasa ácida, lo que podría facilitar la rápida liberación de exudados radiculares . La ausencia de una exodermis suberizada, una barrera de difusión, potencia aún más esta característica, ofreciendo nuevos conocimientos sobre las adaptaciones de las plantas a la deficiencia de fósforo», afirmó el Dr. Jun Wasaki, profesor de la Escuela de Posgrado de Ciencias Integradas para la Vida de la Universidad de Hiroshima y autor principal del artículo de investigación.
Si bien el descubrimiento de una nueva vía de secreción en las raíces de los racimos ha contribuido significativamente a la comprensión de los mecanismos de supervivencia de las plantas, aún quedan preguntas adicionales.
«Es fundamental comprender a fondo la formación y las funciones fisiológicas de las raíces en racimo, así como identificar los factores clave que las regulan, y aplicar a los cultivos las exquisitas estrategias de adquisición de fósforo de estas raíces. Nuestro equipo de investigación planea profundizar en la comprensión de las raíces en racimo con el objetivo de aplicar este conocimiento al mejoramiento de los cultivos», afirmó el Dr. Yamada.
Más información: Hirotsuna Yamada et al., HalALMT1 media el eflujo de malato en la corteza de las raicillas maduras de Hakea laurina, que se producen de forma natural en suelos con un alto nivel de fósforo, New Phytologist (2025). DOI: 10.1111/nph.70010
