Investigadores del Centro RIKEN para la Ciencia de Recursos Sostenibles (CSRS) han identificado una forma para que las plantas adquieran resistencia al cesio, una toxina radiactiva que se puede encontrar en suelos contaminados.
por RIKEN
Después de manipular una vía de señalización biológica específica, las plantas pudieron resistir el estrés del cesio, lo que significa que su crecimiento se vio menos atrofiado, al menos en las raíces. Estos hallazgos afectarán el desarrollo de plantas capaces de crecer en suelos contaminados con cesio y en otras condiciones desafiantes.
La resiliencia de las plantas depende de la capacidad de sentir y responder al medio ambiente. Desde el aire que respiran hasta el suelo en el que crecen, las plantas ajustan su crecimiento para prosperar en condiciones específicas. Pero algunos cambios en el entorno no pueden superarse tan fácilmente. Dirigido por Ryoung Shin, el equipo de RIKEN CSRS pregunta qué podemos hacer para ayudar a las plantas cuando su entorno se contamina con sustancias tóxicas como el cesio .
A raíz del desastre de la central nuclear de Fukushima Daiichi en Japón en 2011, los científicos centraron su atención en comprender cómo reaccionan las plantas al radiocesio, un elemento tóxico liberado al medio ambiente después de accidentes nucleares. Para crecer normalmente, las plantas necesitan absorber potasio del suelo.
Sin embargo, cuando el cesio está presente, coopta los canales o aberturas de potasio en la pared celular , lo que bloquea la absorción de potasio y dificulta el crecimiento de las plantas. Sorprendentemente, los intentos anteriores de bloquear la absorción de cesio modificando los canales de potasio tuvieron la consecuencia inesperada de alterar el crecimiento de las plantas incluso más de lo observado en plantas con deficiencia de potasio. Esto llevó a los investigadores a plantear la hipótesis de la existencia de vías únicas y específicas para la acumulación de cesio.
Shin y su equipo han estado utilizando perfiles de transcriptoma, un método de vanguardia para examinar la actividad genética dentro de las células vegetales en diversas condiciones. En su último estudio, publicado en Planta , los investigadores centraron su atención en los efectos del cesio.
Compararon el crecimiento y la expresión genética de Arabidopsis thaliana, una planta comúnmente estudiada, bajo dos condiciones estresantes: niveles bajos de potasio y presencia de cesio. El análisis del transcriptoma de tejidos de raíces cultivados bajo estrés bajo en potasio y cesio reveló cambios significativos en el metabolismo y la señalización del ácido abscísico (ABA).
Específicamente, el análisis mostró que la señalización de ABA se redujo durante el estrés por cesio, pero no durante el estrés por niveles bajos de potasio. Esto llevó a los investigadores a teorizar que si pudieran forzar el aumento de la señalización ABA, las plantas serían menos vulnerables a la contaminación por cesio.
Como experimento de prueba de concepto, probaron plantas mutantes en las que un importante regulador ABA está inactivo. En estas plantas falta el freno habitual de la vía ABA, lo que significa que su señalización ABA continúa sin control en niveles elevados.
Estos mutantes exhibieron un mayor crecimiento de las raíces bajo estrés por cesio, lo que confirma la importancia de ABA para superar el estrés por cesio y enfatiza su papel fundamental en la resiliencia de las plantas. «Como el crecimiento de los brotes está relacionado con el crecimiento de las raíces, esperamos que también se pueda mejorar el crecimiento general», afirma Shin, «aunque habrá que probarlo en el laboratorio».
Dado que la modernización conduce a una mayor contaminación y liberación de compuestos tóxicos, comprender la resiliencia de las plantas es crucial para salvaguardar la seguridad alimentaria y la salud de los ecosistemas.
«Estos hallazgos tienen profundas implicaciones para la agricultura sostenible y la protección del medio ambiente», dice Shin. «En lugar de simplemente bloquear la absorción de cesio que está relacionada con la absorción de nutrientes , apuntar a vías de transmisión alternativas ofrece una vía prometedora para mejorar la resistencia de los cultivos a los compuestos tóxicos. El futuro de la agricultura acaba de volverse mucho más resiliente».
Más información: Wen-Dee Ong et al, El análisis transcriptómico de Arabidopsis revela que la inhibición del crecimiento de las raíces por cesio implica la señalización del ácido abscísico, Planta (2024). DOI: 10.1007/s00425-023-04304-y
