Una marca química presente en las histonas regula la respuesta de Arabidopsis thaliana al estrés salino, aunque una mayor resistencia puede implicar crecimiento más lento y menor producción de semillas.
Redactor: Santiago Duarte
Editor: Karem Díaz S.
La acumulación de sales en los suelos agrícolas está aumentando en distintas regiones del mundo debido, entre otros factores, al riego artificial y al incremento de las temperaturas. Este proceso representa un desafío para la producción de alimentos porque puede alterar el equilibrio hídrico de las plantas, limitar su crecimiento e incluso provocar su muerte.
La mayoría de las especies vegetales cultivadas pertenece al grupo de las glicófitas, plantas que no están adaptadas a concentraciones elevadas de sal. A diferencia de las halófitas presentes en determinados ambientes costeros, los cultivos suelen mostrar una sensibilidad considerable cuando el sodio y otras sales se acumulan alrededor de sus raíces.
El problema afecta directamente la capacidad de las plantas para absorber agua. Aunque el suelo conserve humedad, una concentración elevada de sales puede dificultar el movimiento del agua hacia los tejidos vegetales. Este fenómeno forma parte del denominado estrés salino, una condición que también altera el metabolismo y la actividad celular.
Un equipo dirigido por la profesora Iris Finkemeier, del Instituto de Biología y Biotecnología Vegetal de la Universidad de Münster, en Alemania, y por el profesor Motoaki Seki, del instituto de investigación RIKEN, en Japón, identificó ahora un mecanismo epigenético hasta el momento desconocido que interviene en la tolerancia vegetal a la sal.
Los resultados fueron publicados en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences y se obtuvieron mediante experimentos realizados con el berro de Thale, Arabidopsis thaliana, una especie ampliamente utilizada como modelo para estudiar el funcionamiento molecular de las plantas.
Una marca química vinculada con la respuesta al estrés
Los investigadores analizaron el denominado código de histonas y su papel en la adaptación de las plantas a concentraciones elevadas de sal. Las histonas son proteínas asociadas al ADN que ayudan a organizar el material genético dentro de las células.
Estas proteínas no contienen la información genética de la planta, pero intervienen en la regulación de los genes. Junto con otros factores celulares, determinan qué partes del ADN pueden utilizarse y en qué medida se producen determinadas proteínas.
Esta regulación epigenética depende parcialmente de modificaciones químicas conocidas como marcas de histonas. Tales modificaciones alteran la interacción entre las histonas, el ADN y las proteínas reguladoras, sin cambiar la secuencia genética de la planta.
El equipo identificó una marca de histona que resulta esencial para la respuesta de Arabidopsis thaliana al estrés salino. Las plántulas que conservaban esta modificación soportaron mejor las concentraciones elevadas de sal que aquellas que carecían de ella.
Cuando los científicos imitaron específicamente la marca mediante una sustitución de aminoácidos, observaron el mismo efecto en las plantas mutantes. Las plántulas modificadas crecieron mejor bajo condiciones salinas que las plantas en las que la marca no estaba presente.
La enzima HDA19 controla la eliminación de la marca
La investigación se concentró en la enzima HDA19, que participa en la regulación del desarrollo, el metabolismo y las respuestas vegetales ante diferentes factores de estrés.
Los experimentos demostraron que HDA19 elimina la marca epigenética recién identificada. Al hacerlo, modifica la forma en que la planta responde a un contenido elevado de sal en el entorno.
Las plantas que carecían de esta enzima conservaron la marca de histona y mostraron una tolerancia significativamente mayor a los suelos salinos. El hallazgo revela una relación directa entre la actividad de HDA19, la regulación epigenética y la capacidad de la planta para soportar el estrés.
Este mecanismo se suma a otras respuestas conocidas mediante las cuales las plantas detectan la presencia de sodio y activan procesos celulares de protección. Estudios anteriores han mostrado que las raíces pueden generar señales específicas cuya intensidad varía de acuerdo con la concentración de sal, lo que permite a la planta ajustar su respuesta.
Las raíces también pueden modificar su crecimiento, controlar la entrada de sodio y buscar zonas menos salinas. Estas estrategias constituyen la primera línea de defensa de los cultivos en suelos salinos, mientras que el mecanismo identificado ahora actúa en el nivel epigenético y molecular.
Mayor producción de proteínas relacionadas con la sequía
Las plantas sin la enzima HDA19 produjeron cantidades superiores de proteínas LEA, siglas en inglés de proteínas abundantes de la embriogénesis tardía. Estas moléculas también se encuentran en las semillas secas y participan en la protección de las células frente a la pérdida de agua.
Las proteínas LEA ayudan a las plantas a adaptarse a la sequía y a otros procesos que provocan deshidratación celular. Su mayor presencia ofrece una explicación molecular de por qué las plantas estudiadas toleraron mejor el exceso de sal.
La salinidad y la sequía comparten algunos efectos fisiológicos. En ambos casos, las células vegetales tienen dificultades para mantener un balance adecuado de agua. Por esa razón, determinados mecanismos desarrollados para soportar la deshidratación también pueden contribuir a la resistencia frente a la sal.
Para identificar las proteínas reguladas por HDA19, los científicos combinaron diferentes métodos de genética molecular con espectrometría de masas de alta resolución. Esta técnica permitió analizar con precisión los cambios producidos en las proteínas de las plantas sometidas a los experimentos.
La tolerancia presenta un costo para el desarrollo vegetal
La eliminación de HDA19 no produjo únicamente efectos favorables. Aunque las plantas fueron más tolerantes a las condiciones salinas, crecieron ligeramente más despacio y generaron una menor cantidad de semillas.
Este resultado muestra que una respuesta más intensa frente al estrés puede exigir recursos que normalmente serían utilizados para el crecimiento y la reproducción. La planta obtiene una mayor capacidad de supervivencia, pero al mismo tiempo reduce parte de su desempeño productivo.
Este equilibrio resulta especialmente importante para el mejoramiento agrícola. Una variedad capaz de sobrevivir en condiciones adversas no necesariamente ofrecerá un rendimiento adecuado si la modificación responsable de su resistencia limita de forma considerable la producción de semillas o biomasa.
Por esta razón, el mecanismo descubierto no constituye por sí solo una solución inmediata para obtener cultivos comerciales tolerantes a la sal. Su principal valor consiste en revelar una nueva vía reguladora que podrá estudiarse para determinar si es posible fortalecer la resistencia sin provocar pérdidas importantes de rendimiento.
La salinidad avanza en los suelos agrícolas
El estudio adquiere relevancia ante la creciente acumulación de sales en las tierras cultivables. El agua de riego puede transportar pequeñas cantidades de sales que permanecen en el terreno cuando el agua se evapora. Si el drenaje es insuficiente, estas sustancias se concentran gradualmente en las capas donde se desarrollan las raíces.
El aumento de las temperaturas puede intensificar la evaporación y favorecer la acumulación de sales. En zonas costeras también puede producirse la entrada de agua salada en acuíferos y terrenos agrícolas.
La distribución de este problema no es uniforme. Un mapa de la salinidad de los suelos europeos, elaborado a partir de unas 20.000 muestras superficiales, mostró que el riego, el drenaje deficiente, la intrusión marina y diferentes procesos naturales contribuyen a la acumulación de sales.
Las concentraciones elevadas pueden inhibir la germinación, reducir la absorción de nutrientes y perjudicar la estructura del suelo. Los cereales, las hortalizas y numerosos cultivos comerciales se encuentran entre las plantas que pueden resultar afectadas.
Una nueva vía para estudiar cultivos más resistentes
Comprender la función de las histonas permite investigar cómo las plantas ajustan la actividad de sus genes cuando cambia el ambiente. En este caso, la marca epigenética identificada regula proteínas vinculadas con la protección frente a la deshidratación y modifica la sensibilidad de la planta al exceso de sal.
La investigación también demuestra que la respuesta vegetal no depende exclusivamente de genes individuales. Las modificaciones químicas que controlan su actividad pueden determinar si una planta activa o limita mecanismos esenciales de defensa.
El conocimiento de estas rutas moleculares podría orientar futuras investigaciones sobre variedades capaces de mantener su desarrollo en tierras afectadas por la salinidad. También permitirá comparar este mecanismo con otras estrategias, como la selección de sistemas radiculares más eficientes, el control del transporte de sodio o el aprovechamiento de especies naturalmente tolerantes.
Las plantas halófitas adaptadas al agua salobre representan uno de los principales modelos naturales para estudiar este tipo de resistencia. Sin embargo, el nuevo trabajo muestra que incluso una glicófita como Arabidopsis thaliana dispone de mecanismos epigenéticos capaces de modificar considerablemente su tolerancia.
El estudio fue realizado por Florian Kotnik y otros investigadores bajo la dirección de equipos de la Universidad de Münster y RIKEN. El trabajo identifica la desacetilación mediada por HDA19 de la histona H3.3 en las lisinas 27 y 36 como un proceso regulador de la sensibilidad vegetal al estrés salino.
Fuente(s) referenciales
Phys.org — Epigenetic mechanism explains how some plants cope with salt stress
