En dos publicaciones, biólogos de Utrecht y colegas internacionales describen los procesos utilizados por las plantas para adaptarse al calor. Los descubrimientos brindan información sobre cómo las plantas funcionan de manera óptima bajo altas temperaturas subóptimas. También podría proporcionar un trampolín para controlar el crecimiento de las plantas y hacerlas más resistentes al calentamiento global. Los investigadores publican sus resultados en The Plant Journal y Nature Communications.
Osos polares en el desierto
Sin embargo, muchas especies de plantas han desarrollado formas de hacer frente a las temperaturas más altas. “A diferencia de los animales, muchas plantas pueden adaptar la forma de su cuerpo en respuesta al calor y otros factores ambientales”, dice el investigador Martijn van Zanten, quien está afiliado a la Universidad de Utrecht y contribuyó a ambas publicaciones. “Los animales son una historia completamente diferente. En pocas palabras, si coloca un oso polar en el desierto, aún se verá como un oso polar con un abrigo de piel grueso. Pero si una planta crece en condiciones más cálidas, adaptará la forma de su cuerpo en consecuencia. De esta manera, la planta intenta funcionar de manera óptima en estas condiciones menos favorables ”.
De forma compacta a planta abierta
Muchas especies de plantas pueden adaptar la forma de sus tallos y hojas para hacerlas más resistentes a las altas temperaturas. Esto también es cierto para el berro thale (Arabidopsis thaliana), considerado por muchos biólogos de plantas como su modelo de planta favorito. En condiciones de frío, estas plantas son compactas y tienen sus hojas pegadas al suelo. Cuando las temperaturas suben, adoptan una postura más abierta. Las hojas, por ejemplo, se vuelven más erguidas. Esto reduce en gran medida la radiación directa del sol. Además, los tallos de las hojas se estirarán, lo que permitirá que pase más viento por las hojas y disipe el calor.
Estiramientos deseados y no deseados
Sin embargo, en cultivos y flores (cortadas), este tipo de estiramiento a menudo no es deseado. Los productores quieren controlar estos cambios, ya que el estiramiento puede afectar la calidad del producto. “Pero al mismo tiempo, la adaptación es necesaria para que los cultivos sean más resistentes a las altas temperaturas derivadas del cambio climático. Eso es necesario para mantener la producción a largo plazo ”, dice Van Zanten.
Hacer que las plantas sean más tolerantes al clima
“Muchos cultivos cultivados han perdido la capacidad de responder bien a temperaturas más altas”, dice Van Zanten. "En varios cultivos, desapareció durante el proceso de domesticación y reproducción, ya que los mejoradores se centraron principalmente en otros rasgos".
Con el cambio climático aumentando las temperaturas, Van Zanten dice que existe una necesidad creciente de hacer que las plantas sean más tolerantes al clima. “Esto requiere conocimiento de cómo las plantas se enfrentan a temperaturas más altas. ¿Cómo convierten las señales de temperatura que reciben en adaptaciones de crecimiento? La investigación de los mecanismos moleculares por los cuales las plantas se adaptan a temperaturas subóptimas, permite herramientas para ajustar la arquitectura de los cultivos a través del mejoramiento ".
El mecanismo molecular enciende la postura del calor
Las plantas de berro que ya no se adaptan a las temperaturas más altas pueden recuperar esa capacidad cuando se exponen a ciertos productos químicos. Esto fue descubierto por un equipo de investigación internacional dirigido por Van Zanten. El equipo probó una gran cantidad de sustancias en un mutante de thale berro que ya no se adapta a las altas temperaturas. Encontraron una molécula que puede "activar" la adaptación a altas temperaturas en plantas jóvenes, incluso a bajas temperaturas.
Los investigadores llaman a este compuesto "Heatin". Al modificar químicamente la molécula y luego estudiar qué proteínas pueden unirse al calentamiento, encontraron un grupo de proteínas llamadas nitrilasas. Se sabe que el subgrupo identificado se encuentra solo en coles y especies relacionadas, incluido el berro.
Junto con una empresa de fitomejoramiento, los biólogos descubrieron que, efectivamente, las especies de repollo responden al calentamiento. También descubrieron que las nitrilasas son necesarias para la adaptación a altas temperaturas, probablemente porque permiten la producción de la conocida hormona del crecimiento auxina. Los investigadores publicaron este descubrimiento en The Plant Journal.
Nueva vía para la adaptación a altas temperaturas
La publicación de los resultados de Heatin coincide con otra publicación, hoy en Nature Communications. Esa investigación fue dirigida por científicos del instituto VIB en Bélgica, con Van Zanten también involucrado. El equipo descubrió una proteína no descrita anteriormente que regula la forma en que las plantas se adaptan a un ambiente más cálido. La proteína se denominó MAP4K4 / TOT3, con TOT que significa objetivo de temperatura.
Sorprendentemente, el proceso impulsado por TOT3 es en gran medida independiente de todas las demás vías de señalización que los biólogos han vinculado hasta ahora con la adaptación al calor en las plantas. Además, las adaptaciones de TOT3 no parecen depender de la cantidad y composición de luz que ilumina una planta.
Van Zanten: “Existe una gran superposición en los mecanismos moleculares mediante los cuales las plantas adaptan el crecimiento a la composición de la luz cambiante ya las altas temperaturas. Con TOT3, ahora tenemos un factor a mano con el que podemos controlar el crecimiento a altas temperaturas, sin interferir con la forma en que la planta maneja la luz ”.
Aplicaciones amplias
“Lo que lo hace aún más interesante”, dice Van Zanten, “es que TOT3 juega un papel similar en la adaptación del crecimiento a altas temperaturas tanto en el berro como en el trigo. Esas dos especies están bastante separadas genéticamente entre sí. Eso ofrece un gran potencial para aplicaciones amplias ".
Alternativa a los inhibidores del crecimiento
En última instancia, los descubrimientos de TOT3 y el papel de las nitrilasas pueden ayudar a seguir produciendo suficientes cultivos, incluso cuando las temperaturas aumentan debido al cambio climático. Los descubrimientos también ofrecen oportunidades para desarrollar alternativas a los productos químicos que ahora se utilizan a menudo para inhibir el crecimiento de las plantas. Como ejemplo, Van Zanten menciona las flores cortadas, que responden con mucha fuerza a las fluctuaciones de temperatura. En floricultura, por lo tanto, se utilizan muchos inhibidores del crecimiento para mantener las plantas agradables y compactas.
“En el momento en que compras tulipanes, por ejemplo, todavía tienen un tallo corto y agradable”, dice Van Zanten. “Pero después de unos días en tu casa, comienzan a colgar sobre el borde del jarrón. Las temperaturas interiores más altas hacen que las plantas se estiren, lo que eventualmente las lleva a debilitarse y doblarse. Esperamos que los nuevos conocimientos contribuyan a la selección de nuevas variedades de flores que se estiren menos a altas temperaturas. De esta manera, podemos reducir el uso de inhibidores de crecimiento dañinos ".
Para más información:
Universidad de Utrecht
www.uu.nl