Investigadores liderados por Núria Sánchez-Coll, investigadora del CSIC en el Centro de Investigación en Genómica Agraria (CRAG), han caracterizado por primera vez la función de AtMC3, una proteína de la familia de las metacaspasas implicada en la tolerancia a la sequía en la planta modelo Arabidopsis thaliana
por el Centro de Investigación en Genómica Agrícola (CRAG)
El trabajo, publicado en la revista New Phytologist en colaboración con varios centros de investigación y universidades internacionales, destaca la importancia del tejido vascular para que las plantas puedan hacer frente a las condiciones adversas asociadas con la escasez de agua y el estrés osmótico.
Las plantas, como organismos sésiles que no pueden moverse como los animales, han desarrollado formas de soportar la escasez de agua y los períodos de estrés por sequía. Sin embargo, el aumento de los fenómenos de sequía debido a la crisis climática supone una grave amenaza para la productividad agrícola.
La importancia del sistema vascular de las plantas
Las plantas dependen de su sistema vascular que conecta órganos distantes para coordinar una respuesta eficiente a la privación de agua a nivel de organismo. Los componentes principales del tejido vascular son el xilema y el floema, tejidos que transportan líquidos y nutrientes internamente. Mientras que el xilema transporta agua y nutrientes hacia arriba desde las raíces hasta los tallos y las hojas, el floema distribuye los compuestos orgánicos solubles producidos en las hojas durante la fotosíntesis al resto de la planta.
En este trabajo, los investigadores del CRAG han descubierto por primera vez que la proteína AtMC3 se encuentra exclusivamente en el floema. Más específicamente, AtMC3 se encuentra en un tipo de célula particular de la vasculatura, llamadas células acompañantes que soportan metabólicamente a las principales células de transporte del floema (elementos de tamiz), como se observa en las imágenes de microscopía de fluorescencia de la punta de la raíz.
Cuando se enfrenta al estrés por sequía, varias moléculas de señalización, como la hormona del estrés vegetal, el ácido abscísico (ABA), se sintetizan y transportan a todos los tejidos de la planta para desencadenar una serie de respuestas fisiológicas que protegerán a la planta.
El presente estudio describe que las plantas que carecen de AtMC3 son menos sensibles a ABA y, por lo tanto, su capacidad para hacer frente al estrés por sequía disminuye. Además, los niveles alterados de la proteína AtMC3 conducen a una acumulación diferencial de proteínas relacionadas con el estrés, así como a defectos en el desarrollo vascular en condiciones de estrés. Esto sugiere que AtMC3 juega un papel importante para que las plantas respondan adecuadamente al estrés osmótico y señala un posible nuevo papel para las células acompañantes en la detección del estrés. Además, la plasticidad del floema surge como una herramienta útil para estudiar y manipular, con el fin de dilucidar las respuestas de las plantas al estrés por sequía.
Tolerancia al estrés por sequía severa
Cuando los investigadores aumentaron los niveles de AtMC3, las plantas aumentaron la tasa de supervivencia y su capacidad para mantener su capacidad fotosintética en condiciones de escasez de agua, lo que indica que AtMC3 solo puede conferir una mayor tolerancia a la sequía . Más importante aún, los niveles alterados de esta proteína no causaron ningún cambio perjudicial en el crecimiento de las plantas , lo que “es un hallazgo clave para poder ajustar las respuestas tempranas a la sequía a nivel de toda la planta sin afectar el crecimiento o el rendimiento de los cultivos”, afirma Eugenia Pitsili, primera autora del estudio y ex investigadora del CRAG, que actualmente es investigadora postdoctoral en el VIB-UGent Center for Plant Systems Biology de Bélgica.
Este papel específico de AtMC3 en el estrés por sequía se alinea con la función de las metacaspasas reportadas anteriormente, que se han relacionado con otras respuestas al estrés , como las causadas por patógenos o heridas.
Este trabajo abre la puerta a más estudios para dilucidar el mecanismo de acción exacto de esta proteína para poder entender más a fondo todo el proceso y evaluar si podría tener una aplicación en los cultivos.
Comprender los mecanismos específicos de los tejidos que subyacen en el complejo proceso de respuesta a la escasez de agua es clave para desarrollar nuevas herramientas para traducir este conocimiento en soluciones biotecnológicas y de mejoramiento. Estas nuevas herramientas serán cruciales para mejorar el rendimiento de los cultivos en el campo en un contexto de crisis climática.
Más información: Eugenia Pitsili et al, Una metacaspasa de Arabidopsis localizada en el floema (AtMC3) mejora la tolerancia a la sequía, New Phytologist (2023). DOI: 10.1111/nph.19022
