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Descubren un circuito biológico que protege a las plantas de las condiciones extremas

2024-02-05

Redacción Ciencia, 5 feb (EFE).- Un estudio ha descubierto que las plantas utilizan sus relojes circadianos para regular su respuesta a los cambios de agua y salinidad y afrontar así las situaciones extremas, un hallazgo que ofrece una nueva vía para crear cultivos resistentes a la sequía.

El estudio, realizado por la Facultad de Medicina de Keck de la Universidad del Sur de California (USC), se ha publicado este lunes en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (Pnas).

El cambio climático está afectando el rendimiento agrícola y, en el futuro, puede amenazar el suministro mundial de alimentos, de ahí que diseñar cultivos más resistentes a las sequías o a la salinidad del suelo, se haya convertido en una necesidad urgente.

El estudio desvela detalles sobre cómo las plantas regulan sus respuestas al estrés que pueden resultar cruciales en ese sentido.

Los investigadores descubrieron que las plantas usan sus relojes circadianos para responder a los cambios externos de agua y sal a lo largo del día y que ese mismo circuito -controlado por una proteína conocida como ABF3- también ayuda a las plantas a adaptarse a condiciones extremas como la sequía.

"La plantas están atascadas en su sitio. No pueden correr y beber agua. No pueden moverse a la sombra cuando quieren o alejarse de un suelo con exceso de sal. Por eso han evolucionado hasta utilizar sus relojes circadianos para medir y adaptarse exquisitamente a su entorno", explica el autor principal, Steve A. Kay, catedrático de Neurología, Ingeniería Biomédica y Biología Computacional Cuantitativa de la Facultad de Medicina Keck.

Regular los cambios biológicos

El estudio ha analizado el papel de las proteínas del reloj circadiano de las plantas y animales que regulan los cambios biológicos durante el día y pueden aportar una solución inteligente a la ingeniería de cultivos.

Crear plantas resistentes a la sequía es difícil, porque las plantas responden al estrés ralentizando su propio crecimiento, lo que se traduce en bajo rendimiento.

Investigaciones anteriores demostraron que las proteínas del reloj regulan alrededor del 90% de los genes de las plantas y son fundamentales para sus respuestas a la temperatura, la intensidad de la luz y la duración del día, incluidos los cambios estacionales que determinan cuándo florecen.

Pero ¿hasta qué punto las proteínas del reloj controlan el modo en que las plantas manejan los cambios en los niveles de agua y salinidad del suelo?.

Para analizarlo, Kay y su equipo estudiaron la Arabidopsis, una planta muy usada en investigación porque es pequeña, con un ciclo vital rápido, un genoma relativamente sencillo y comparte rasgos y genes con muchos cultivos agrícolas.

Crearon una biblioteca con los más de 2,000 factores de transcripción de Arabidopsis (las proteínas que controlan la expresión de los genes en distintas circunstancias) y después buscaron asociaciones.

"Nos llevamos una gran sorpresa: muchos de los genes regulados por el reloj estaban relacionados con respuestas a la sequía", explica Kay, "en particular los que controlan la hormona ácido abscísico, un tipo de hormona del estrés que las plantas producen cuando los niveles de agua son muy altos o muy bajos".

El análisis reveló que los niveles de ácido abscísico están controlados por las proteínas del reloj, así como por el factor de transcripción ABF3, en lo que Kay denomina un "bucle de retroalimentación homeostático".

Durante el día, las proteínas del reloj regulan el ABF3 para ayudar a las plantas a responder a los cambios en los niveles de agua, y luego el ABF3 devuelve la información a las proteínas del reloj para mantener bajo control la respuesta al estrés, un bucle que ayuda a las plantas a adaptarse cuando las condiciones se vuelven extremas, como una sequía.

Los datos genéticos también revelaron un proceso similar para gestionar los cambios en los niveles de salinidad del suelo.

"Lo realmente especial de este circuito es que permite a la planta responder al estrés externo manteniendo su respuesta al estrés bajo control, para que pueda seguir creciendo y desarrollándose", explica Kay.

Los resultados proporcionan dos nuevos enfoques que pueden ayudar a aumentar la resistencia de los cultivos. Además, el equipo también quiere explorar un enfoque de modificación genética, utilizando CRISPR para diseñar genes que promuevan ABF3 para diseñar plantas altamente resistentes a la sequía.