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Sensor de ácido descubierto en plantas

Sensor de ácido descubierto en plantas
Cuando las plantas se inundan durante mucho tiempo, sufren daños. Los investigadores de Würzburg están investigando qué sucede en las células vegetales durante las inundaciones. Crédito: Dorothea Graus / Universidad de Würzburg

El cambio climático está provocando un aumento de las inundaciones y un anegamiento prolongado en el norte de Europa, pero también en muchas otras partes del mundo. Esto puede dañar las hierbas del prado, los cultivos de campo u otras plantas: sus hojas mueren, las raíces se pudren.


por Robert Emmerich, Universidad de Würzburg


El daño es causado por la falta de oxígeno y la acumulación de ácidos. ¿Cómo perciben las plantas esta sobreacidificación, cómo reaccionan ante ella? Esto es lo que describen investigadores de Würzburg, Jena (Alemania) y Talca (Chile) en la revista Current Biology .

Los biofísicos Dr. Tobias Maierhofer y el profesor Rainer Hedrich de la Cátedra de Fisiología Vegetal Molecular y Biofísica en Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg en Baviera, Alemania, estuvieron a cargo del estudio.

El canal de aniones reconoce la acidificación

Es probable que todos estén familiarizados con el efecto de la sobre-acidificación por su propia experiencia: cuando se ejercita demasiado, los músculos no reciben suficiente oxígeno y se produce acidosis. El dolor muscular y el bajo rendimiento son las consecuencias.

«En las plantas, la falta de oxígeno también provoca la acidificación de las células», dice Tobias Maierhofer. El equipo dirigido por el investigador de la JMU ha descubierto ahora el sensor en la planta modelo Arabidopsis thaliana (thale berro) que percibe la acidificación y la traduce en una señal eléctrica. Es una proteína de la membrana celular, el canal aniónico SLAH3.

La microscopía de súper resolución aclara la estructura

El profesor Markus Sauer de la Cátedra JMU de Biotecnología y Biofísica ha desarrollado un método de microscopía que se puede utilizar para observar proteínas en alta resolución. Con la ayuda de su metodología, el equipo pudo aclarar cómo reacciona el canal aniónico SLAH3 durante la acidificación.

En el estado no activo, el canal está presente como un complejo de dos subunidades en la membrana celular. Con la falta de oxígeno, la acidez y, por lo tanto, el contenido de protones en la célula aumenta, y los protones se unen a dos aminoácidos específicos del canal.

«Esta protonación cambia la estructura de SLAH3 y el canal se descompone en sus dos subunidades», explica Maierhofer, experto en canales de aniones. Como copias únicas, las dos unidades ahora se vuelven conductoras de aniones, lo que conduce a la excitación eléctrica de la membrana celular.

Los mutantes reaccionan más débilmente a las inundaciones.

La señal eléctrica a su vez desencadena más reacciones en la planta. Entre otras cosas, se reduce la fotosíntesis. «Suponemos que se trata de una adaptación al estrés de las inundaciones: las plantas cambian a una especie de estado de reposo», dice Maierhofer.

Los investigadores de JMU también investigaron cómo reaccionan los mutantes de Arabidopsis que carecen de SLAH3 a las inundaciones. Estas plantas no intentaron reducir su producción fotosintética, aunque la fotosíntesis no es posible en absoluto en el agua turbia y fangosa, donde muy poca luz llega a las hojas.

Investigando el control genético durante las inundaciones

El canal de aniones SLAH3 puede convertir así una acidificación del interior de la célula directamente en una señal eléctrica. De esta forma, funciona como un sensor de pH.

A continuación, los investigadores quieren investigar cómo se transporta la señal eléctrica en la planta y se traduce en una respuesta para evitar el estrés. Las herramientas necesarias para esto, como los mutantes insensibles al pH, están disponibles. Esto permite estudiar en detalle el desvío genético de la fisiología de las plantas durante las inundaciones.

Los resultados de esta investigación básica podrían resultar significativos para la práctica agrícola: «Con el conocimiento que estamos adquiriendo, podemos adoptar un enfoque específico para generar cultivos que sean más tolerantes al anegamiento», dice el investigador de JMU Maierhofer.



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