Las plantas tienen poros microscópicamente pequeños en la superficie de sus hojas llamados estomas.
por la Universidad de Würzburg
Estos ayudan a las plantas a regular la entrada de dióxido de carbono para la fotosíntesis. También previenen la pérdida de demasiada agua y el marchitamiento durante la sequía.
Los poros estomáticos están rodeados por dos células protectoras. Si la presión interna de estas células cae, se aflojan y cierran el poro. Si la presión aumenta, las células se separan y el poro se ensancha.
Los movimientos estomáticos están así regulados por las células protectoras. Las vías de señalización en estas células son tan complejas que es difícil para los humanos intervenir directamente en ellas. Sin embargo, los investigadores de la Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg en Baviera, Alemania, encontraron una manera de controlar los movimientos de los estomas de forma remota, utilizando pulsos de luz .
Proteína sensible a la luz de algas utilizada
Los investigadores lograron hacer esto introduciendo un interruptor sensible a la luz en las células protectoras de las plantas de tabaco . Esta tecnología fue adoptada de la optogenética. Se ha explotado con éxito en células animales, pero la aplicación en células vegetales aún está en pañales.
El equipo dirigido por el biofísico de JMU y experto en células protectoras, el profesor Rainer Hedrich, describe su enfoque en la revista Science Advances . Los investigadores de JMU, Shouguang Huang (primer autor), Kai Konrad y Rob Roelfsema, estuvieron significativamente involucrados.
El grupo utilizó una proteína sensible a la luz del alga Guillardia theta como interruptor de luz, a saber, el canal de aniones ACR1 del grupo de canalrodopsinas. En respuesta a los pulsos de luz, el interruptor asegura que el cloruro fluya fuera de las celdas protectoras y el potasio lo siga. Las células protectoras pierden presión interna, se aflojan y el poro se cierra en 15 minutos. «El pulso de luz es como un control remoto para el movimiento de los estomas», dice Hedrich.
Se confirma la hipótesis del canal de aniones
«Al exponer ACR1 a la luz, hemos puenteado la propia cadena de señalización de la célula, probando así la hipótesis de que la apertura de los canales de aniones es esencial y suficiente para el cierre de los estomas», dice Hedrich. La exposición a la luz había impedido casi por completo la transpiración de las plantas.
Con este conocimiento, ahora es posible cultivar plantas con un mayor número de canales de aniones en las células guarda . Las plantas equipadas de esta manera deberían cerrar sus estomas más rápidamente en respuesta a las olas de calor que se aproximan y, por lo tanto, estar en mejores condiciones para hacer frente a los períodos de sequía.
«Los canales de aniones de las plantas se activan durante el estrés; este proceso depende del calcio. En un proyecto de optogenética de seguimiento, queremos usar canalrodopsinas conductoras de calcio para permitir específicamente que el calcio fluya hacia las células protectoras a través de la exposición a la luz y para comprender el mecanismo de activación del canal de aniones en detalle», dice Hedrich.
La investigación científica básica también puede beneficiarse de los resultados de Würzburg: «Nuestra nueva herramienta optogenética tiene un enorme potencial para la investigación», dice el profesor de JMU. «Con él, podemos obtener nuevos conocimientos sobre cómo las plantas regulan su consumo de agua y cómo se acoplan la fijación de dióxido de carbono y los movimientos estomáticos».
Más información: Control optogenético del potencial de membrana de la célula protectora y el movimiento estomático mediante el canal de aniones controlado por luz GtACR1,
Science Advances (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abg4619
