Adaptando las plantas a la sequía

Las plantas, al igual que el resto de seres vivos, están sometidas a un estrés más o menos constante. En primer lugar hay que decir que la palabra “estrés” que utilizamos en biología tiene una acepción diferente en nuestra vida cotidiana. Por estrés se entiende cualquier condición ambiental que perturba a un organismo o su actividad. Así pues, factores como la luz, la radiación, microorganismos patógenos o la disponibilidad limitada de nutrientes, son causas comunes de estrés. Las plantas poseen además el hándicap de ser sésiles y no poder desplazarse, lo que hace que necesariamente tengan que soportar las no siempre fáciles condiciones del medio, sufriendo un gran estrés. Uno de los estreses que más afecta a las plantas es la falta de agua, denominado en la jerga déficit hídrico, que en su condición más extrema está representado por la sequía. Cuando la planta detecta algún tipo de estrés, como por ejemplo la falta de agua en el suelo, pone en marcha una serie de mecanismos para adaptarse y sobrevivir a esta situación. Un ejemplo más cercano a nuestra especie sería que cuando existe un incremento en nuestra temperatura corporal, nosotros podemos optar por ponernos a cubierto del sol o beber agua, y nuestro cuerpo pone en marcha mecanismos de sudoración con el fin de disminuir su temperatura. Alternativamente las plantas cierran los estomas (pequeñas poros en las hojas que regulan el intercambio de gases) evitando así perder agua y mantienen el crecimiento de la raíz para buscar cualquier resquicio de agua en el suelo. En la puesta en marcha de estos mecanismos en la planta participa activamente una hormona vegetal denominada ácido abscísico (ABA), conocida también como la hormona del estrés. El ácido abscísico (ABA) ejerce como mensajero para informar a la planta de una situación de estrés para así poner en marcha los mecanismos necesarios para soslayar esta situación. El modo en que el ABA ejerce su función implica una serie de componentes que funcionan de manera coordinada en lo que denominados una ruta, que es básicamente como una reacción en cadena o un efecto dominó. El final de esta reacción en cadena y por tanto de la ruta conlleva la activación de las respuestas de la planta para superar o adaptarse al estrés.

La sequía, uno de los grandes problemas de la agricultura actual (y pasada)

En nuestro laboratorio se trabaja investigando varios de los componentes de esta ruta, que nosotros denominamos “ruta de señalización de ABA”, pues el ABA es la señal que le indica a la planta que debe ejercer una respuesta frente a un estrés. Más concretamente, durante este año mi trabajo ha consistido en la investigación acerca de los primeros componentes que actúan en esta ruta, los denominados receptores (PYR/PYL), en una planta modelo llamada Arabidopsis thaliana (esta planta es modelo no porque sea alta, delgada y guapa, sino porque reúne una serie de características que la hacen especialmente útil en el laboratorio).  Continuando con la analogía del dominó, los receptores serían una de las primeras fichas de dominó en caer, empujando en su caída a otros componentes de la ruta. La manera de investigar la función de estos componentes (en este caso un receptor) es desactivar su función y observar el resultado de esa desactivación (lo que se denomina fenotipo). Se obtiene así una planta mutante para esa función. Cuando se desactiva la función de varios de estos componentes se obtiene un mutante múltiple.

En Arabidopsis existen 14 genes de receptores que se nombran como PYR1 y PYL1 a PYL13, y mi tarea ha consistido en obtener plantas mutantes múltiples de estos receptores para averiguar aspectos relativos a su función observando su fenotipo. Hemos conseguido generar una planta que tiene afectados hasta 7 de estos receptores (un mutante séptuple) que tiene diversos problemas fisiológicos y no pueden responder igual de bien ante un estrés. Uno de estos problemas es que estas plantas tienen grandes pérdidas de agua por transpiración, de modo que hay que mantenerlas en un ambiente con una elevada humedad. Asignar una función concreta a cada receptor no es tarea fácil, pues todos tienen una función similar en la planta. No obstante, sí que hemos observado que no todos los receptores tienen la misma importancia dentro de la planta y que parece existir una jerarquía, de tal modo que la planta parece sobrellevar mejor la pérdida de función de unos receptores que de otros. Por ejemplo, la planta se encuentra afectada de diferente manera si le faltan los receptores PYR1, PYL1 PYL2 y PYL4 que si le faltan los receptores PYR1 PYL4 PYL8 y PYL9, aunque a ambos les falten 4 receptores. Necesitaremos de más y nuevos experimentos futuros para averiguar más acerca de estos receptores.

El conocimiento no solo de los receptores, sino del resto de componentes de esta ruta de señalización de ABA, de las diferentes piezas del dominó, tiene potenciales aplicaciones en la agricultura, en cuanto a la obtención plantas que toleren mejor ciertos estreses, sobre todo el estrés hídrico, es decir, la sequía. Modificando determinados componentes que intervienen en esta ruta, se podrían obtener plantas resistentes a la sequía, que tuvieran las respuestas adaptativas frente a este estrés permanentemente activadas. Esto supondría un incremento en el rendimiento de las cosechas, pues se disminuirían las pérdidas ocasionadas por los periodos de sequía. Es probable también que en un futuro existan fármacos que activen estos receptores, haciendo a las plantas más resistentes a la sequía y que sean aplicados por los agricultores, como hoy día lo hacen con los fertilizantes o los antifúngicos. Parecen claros entonces los beneficios de la investigación en este campo. Pero para que las potenciales aplicaciones se conviertan en aplicaciones reales, debería transferirse el conocimiento generado en Arabidopsis a plantas de interés agronómico, como bien podría ser el tomate.

RUBÉN FERNÁNDEZ SANTOS