Las plantas poseen un sofisticado sistema de comunicación interna que les ayuda a optimizar la producción de energía.
por Adrienne Berard, Universidad Estatal de Pensilvania
Ahora, un nuevo estudio realizado por un equipo internacional de científicos, dirigido por investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania, revela por primera vez los mensajeros moleculares que controlan cómo y cuándo las plantas respiran y comen, lo que podría tener implicaciones para la agricultura.
«Este descubrimiento amplía significativamente nuestra comprensión de cómo las plantas coordinan su metabolismo interno (las reacciones químicas que utilizan para generar energía) con su entorno externo, un proceso fundamental para su crecimiento y supervivencia», afirmó Sarah Assmann, profesora Waller de Biología Vegetal en Penn State y autora correspondiente del estudio publicado hoy (25 de agosto) en la revista Nature Plants . «Nuestros hallazgos abren puertas a futuras investigaciones para mejorar la resiliencia de las plantas y el rendimiento de los cultivos».
Durante décadas, los científicos vegetales han intentado comprender cómo se comunican las células internas de una hoja con las células oclusivas , células especializadas en la capa celular más externa de la hoja. Parejas de células oclusivas rodean y controlan el ancho de los estomas, los poros microscópicos en la capa externa de la hoja que influyen en procesos vitales como la producción de energía y la pérdida de agua .
Los estomas funcionan como «bocas» microscópicas en las hojas, que se abren y cierran para controlar la absorción de dióxido de carbono (CO₂ ) , esencial para la producción de carbohidratos que proporcionan energía a la planta. Los estomas también controlan la liberación de vapor de agua a la atmósfera, explicó Assmann. Si bien se sabía que las células oclusivas abren los estomas en respuesta a la luz, lo cual impulsa la fotosíntesis, y desde hace tiempo existe evidencia de un «mensajero» químico del interior de la hoja que guía este proceso, la identidad de este mensajero había permanecido en el aire.
«Las plantas terrestres siempre deben encontrar un equilibrio entre maximizar la absorción de CO2 , necesaria para la fotosíntesis, y liberar vapor de agua, que puede secar la planta y, en última instancia, matarla si pierde demasiada agua», explicó Assmann.
Los estomas son los poros donde se produce ese equilibrio. Al abrirse, dejan entrar el CO₂ que permite a la planta alimentarse, pero también liberan vapor de agua, que la deshidrata. Sabíamos que debía haber algún tipo de mensajero que indicara a las células guardianas cómo regular esa decisión crucial.
Su investigación, realizada con la berro oreja de ratón (cuyo nombre científico es Arabidopsis thaliana) y las habas, o Vicia faba, reveló que los azúcares, junto con el ácido maleico, una sustancia química implicada en la producción de energía , actúan como mensajeros cruciales.
Los científicos identificaron y caracterizaron el ciclo de retroalimentación molecular entre la actividad fotosintética y la regulación estomática a través de una larga serie de minuciosos experimentos.
Primero, extrajeron cuidadosamente el fluido apoplástico, el líquido que se encuentra entre las células vegetales, de hojas expuestas a luz roja, que estimula la fotosíntesis, o a oscuridad. Al aislar y caracterizar los compuestos químicos o «metabolitos» presentes en el fluido, plantearon la hipótesis de que podrían encontrar al mensajero que viaja a través de él, de forma similar a como se detecta a un cartero en una intersección concurrida.
Al analizar la composición química del fluido apoplástico, los investigadores identificaron un total de 448 compuestos químicos únicos (muchos más de los que se conocían anteriormente) que son esenciales para las funciones básicas de las plantas, como el crecimiento y el desarrollo.
«Identificamos cientos de metabolitos en el fluido apoplástico, que nadie había analizado a este nivel antes», afirmó Assmann. «Esto, por sí solo, constituye una importante contribución al campo, independientemente de la pregunta de investigación que abordáramos específicamente, ya que proporciona muchas pistas sobre otras posibles moléculas señalizadoras para procesos en toda la planta».
Mediante un análisis exhaustivo de este fluido, los investigadores identificaron azúcares —como sacarosa, fructosa y glucosa— y ácido maleico como componentes significativos que aumentaban con la luz roja, lo cual activa la fotosíntesis. Los investigadores plantearon la hipótesis de que estos metabolitos en particular podrían mejorar la apertura estomática bajo la luz roja.
Para comprobar su hipótesis, los investigadores pelaron las finas capas externas de la hoja y las expusieron a la luz, con o sin azúcares. Observaron que, efectivamente, los azúcares promovían directamente la apertura estomática en la epidermis aislada bajo luz roja. A continuación, realizaron una serie de experimentos con hojas enteras, utilizando la alimentación con azúcar junto con mediciones de la absorción de CO₂ y la pérdida de agua para confirmar que los azúcares indicaban a los estomas una mayor apertura.
Finalmente, realizaron pruebas en células individuales que revelaron cómo los azúcares estimulan los mecanismos moleculares que subyacen al control de la apertura estomática por parte de las células oclusivas. En general, el trabajo proporciona la primera visión completa de este proceso de comunicación interna dentro de las plantas, que puede determinar su supervivencia en diversos climas, afirmó Assmann.
«Nos centramos en comprender cómo las plantas perciben y responden a las condiciones ambientales», explicó. «Las plantas no pueden desarraigarse y buscar otro lugar donde vivir; tienen que lidiar con todo lo que el entorno les impone, como el aumento de la sequía y el estrés térmico . Por eso, estudiamos qué hace que las plantas sean resilientes, desde el nivel molecular más específico hasta la fisiología vegetal completa y los experimentos de campo, con el objetivo de mejorar la productividad de los cultivos».
Más información: Yotam Zait et al., La metabolómica apoplástica revela que los azúcares actúan como mensajeros del mesófilo que regulan el transporte de iones de las células oclusivas bajo luz roja, Nature Plants (2025). DOI: 10.1038/s41477-025-02078-7
Nota editorial:
Este artículo ha sido elaborado con fines divulgativos a partir de información pública y fuentes especializadas, adaptado al enfoque editorial del medio para facilitar su comprensión y contextualización.
