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Descubren cómo se adaptan las plantas para optimizar su arquitectura y sobrevivir

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 Desde la década del 60, las densidades de siembra de maíz en al país aumentaron más del doble. Una tendencia que se repite con diferentes cultivos tanto aquí como en el resto del mundo, lo que lleva a las plantas a tener que adaptarse a condiciones de escasez de luz porque se hacen sombra entre ellas por estar más cerca entre sí. Además, el calentamiento global las somete con frecuencia a temperaturas elevadas. En este contexto, es crucial conocer los mecanismos de reajuste vegetal a las condiciones que les propone el ambiente y de este modo contar con más herramientas para enfrentar los cambios que vendrán. Y poder obtener rendimientos sostenidos.

En este camino, un grupo de investigadores liderados por el ingeniero agrónomo y doctor en Ciencias Biológicas Jorge Casal, jefe del Laboratorio de Fisiología Molecular de Plantas de la Fundación Instituto Leloir (FIL), publicó en la revista Developmental Cell un estudio en el que se describe cómo, en condiciones adversas, las plantas frenan el crecimiento de sus cotiledones (primeras hojas del embrión vegetal) e impulsan el del hipocotilo (el tallo durante el desarrollo temprano), para optimizar su arquitectura y poder sobrevivir.

“Se trata del primer trabajo que estudia paralelamente los mecanismos moleculares que causan reducciones del crecimiento por la sombra o temperaturas cálidas”, enfatizó Cecilia Costigliolo Rojas, licenciada en Genética que realizó su tesis de doctorado en la FIL y es la autora principal del trabajo, en diálogo con Agencia CyTA-Leloir.

Por su parte, Casal, también investigador de la Universidad de Buenos Aires y el CONICET en el Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura (IFEVA) de la Facultad de Agronomía, explicó a la Agencia CyTA-Leloir: “Ante ciertos cambios en el ambiente, las plantas no simplemente crecen más o menos. En realidad, suelen combinar el mayor crecimiento de algunos órganos con el menor crecimiento de otros. De ese modo cambian la forma de su cuerpo para ajustarse mejor a los desafíos del ambiente”.

“En efecto –continuó–, en la planta los órganos tienen distintas funciones (interceptar luz y hacer fotosíntesis o dar sostén para definir la altura a la que se ubican los otros órganos, por ejemplo), y al cambiar el ambiente se hace necesario que se reajusten de manera específica para optimizar esas funciones. Sabíamos muy poco sobre los mecanismos que utilizan las plantas para lograr dos efectos opuestos como aumentar o disminuir el crecimiento de ciertos órganos a partir de una misma señal del ambiente (temperatura más cálida o mayor sombreado) y quisimos comprenderlos”.

Según el científico, es bastante común entre las plantas cultivadas que por encima de cierta temperatura o cierto nivel de sombreado se reduzca el crecimiento de su follaje. Pero no se conocían los mecanismos de esta respuesta. “Como es una pregunta general dentro de la biología de plantas, utilizamos Arabidopsis thaliana como modelo para abordarla y comenzar a comprender qué puede ocurrir en los cultivos”, señaló.

En el laboratorio

La estrategia de los investigadores consistió en analizar distintas explicaciones posibles para la reducción del crecimiento de los cotiledones debido a la sombra o temperaturas cálidas. Todas las opciones estaban basadas en la posibilidad de que el ambiente cambie la abundancia de alguna hormona de crecimiento. “Para cada caso nos formulamos dos preguntas: si la actividad de la vía hormonal en cuestión se modifica con las condiciones de sombra o temperatura y, si de existir ese cambio, se veía afectado el crecimiento de los órganos”, describió Costigliolo Rojas.

Para responder la primera pregunta utilizaron microscopía confocal con el fin de visualizar proteínas específicas fusionadas a reporteros fluorescentes y analizar si los tratamientos efectivamente modificaban la actividad de la vía o no. En el caso de la segunda, usaron mutantes de proteínas que participan de la vía hormonal, que es la forma de cambiar genéticamente la abundancia de proteínas específicas.

“Encontramos que la sombra impacta sobre componentes de la vía de una hormona que actúa como reguladora del crecimiento vegetal, llamada brasinoesteroide, pero no sobre la hormona en sí”, enfatizó Costigliolo Rojas, quien añadió que una vez que identificaron los componentes importantes que causan la reducción del crecimiento de los cotiledones en respuesta a la sombra o temperaturas cálidas comenzaron a investigar cómo es que estas condiciones ambientales los modificaban. “En otras palabras, los pasos que median entre el ambiente y las proteínas responsables del cambio en crecimiento”, señaló.

“Vimos que, en respuesta a la sombra o temperaturas cálidas, una proteína promotora del crecimiento llamada BES1 baja su actividad en los cotiledones mientras la sube en el hipocotilo. Hay una correlación entre el crecimiento de estos órganos y los niveles de BES1 en los núcleos de sus células: sube en el hipocotilo y allí hay mayor crecimiento; baja en los cotiledones y allí ocurre lo contrario”, explicó Casal. Y agregó: “También descubrimos que, en los cotiledones, aguas debajo del sensor de temperaturas cálidas y sombra, sobre los niveles de BES1 operan dos proteínas en paralelo. Una de ellas, PIF4, reduce la expresión del gen que codifica a la proteína BES1; otra, COP1, interactúa físicamente con BES1 y favorece que sea degradada por la célula”.

Según Costigliolo Rojas, “uno de los hallazgos sorprendentes del trabajo es que mientras la COP1 lleva a la degradación de BES1 en los cotiledones, en el hipocotilo hace lo contrario ya que allí COP1 protege a BES1 para que no sea degradado”. Frente a esto, ahora los investigadores están analizando los potenciales mecanismos que explicarían esa protección. “Es interesante conocer cómo el ambiente modifica el crecimiento de los órganos en una planta modelo, para después tratar de aplicar ese conocimiento a los cultivos”, concluyó Costigliolo Rojas.

Santiago Mora-García, Luciana Bianchimano y Mariano Garcia Houquet, también de la FIL, son otros de los autores del trabajo, del que además participaron científicos de Corea, Alemania, República Checa y España.

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