Análisis molecular para entender cómo las plantas responden a la falta de agua
Por Carmen Báez
Ciudad de México. 19 de julio de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- Las plantas son esenciales para la vida en el planeta Tierra, son necesarias para la alimentación, fuente de medicamentos, mantienen el ambiente terrestre respirable, ayudan en la distribución y purificación del agua en el planeta; por todo ello son imprescindibles también para la salud. A diferencia de muchos otros organismos, las plantas no se mueven de un lado a otro, de tal forma que los mecanismos que han seleccionado durante su evolución les han permitido adaptarse eficaz y eficientemente a diferentes ambientes, así como soportar condiciones extremas.
Al igual que los seres humanos y los animales, estos organismos fotosintéticos están sujetos a condiciones estresantes de diferentes tipos; tal es el caso de cambios extremos de temperatura, disponibilidad de agua, dióxido de carbono (CO2), intensidad luminosa, por mencionar algunos. Uno de los tipos de estrés a los cuales las plantas se enfrentan con frecuencia es el estrés hídrico, ya sea por la presencia de agua en abundancia o por la limitación de esta. La baja disponibilidad de agua es una de las condiciones ambientales adversas que más afecta la producción agrícola en México y en el mundo.
La respuesta de las plantas a la limitación de agua
En el Instituto de Biotecnología de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), la doctora en genética molecular Alejandra Alicia Covarrubias Robles estudia desde hace 20 años la respuesta de las plantas —particularmente la del frijol— a la limitación de agua.
Localización de una proteína LEA de respuesta a sequia en tejidos de una Arabidopsis.El interés del grupo de investigación de la especialista nivel III del Sistema Nacional de Investigadores (SNI) busca conocer cuáles son los mecanismos y las moléculas que permiten a las plantas tolerar y adaptarse a condiciones con baja disponibilidad de agua. Esto con la idea de entender las estrategias que se han seleccionado en estos organismos y, con ello, contar con más herramientas que permitan seleccionar, mejorar o generar cultivos con mayor tolerancia a la sequía.
“Iniciamos buscando genes cuya expresión se inducía en plantas de frijol cuando se sometían a diferentes niveles de sequías. Hemos encontrado varios genes que responden a los tratamientos de estrés en los diferentes órganos de la planta. Algunos de los genes identificados resultaron de función desconocida y con características que llamaron nuestra atención; otros fueron de función conocida, como aquellos que codifican para proteínas implicadas en funciones fotosintéticas, la mayoría de los cuales mostró una menor expresión bajo condiciones de estrés”, declaró en entrevista para la Agencia Informativa Conacyt.
Con estos estudios, el grupo de investigación de la doctora Covarrubias Robles fue el primero en generar información a nivel molecular relacionada con la respuesta de las plantas de frijol ante la limitación de agua.
En la realización de estos estudios, el Instituto de Biotecnología de la UNAM ha establecido colaboraciones con el doctor Jorge Acosta Gallegos, del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP) para tener acceso a diferentes variedades de frijol que han sido mejoradas genéticamente y que presentan distinta sensibilidad a la sequía.
Investigación integral: molecular y fisiológica
Adicionalmente, la doctora Alejandra Covarrubias complementa los análisis moleculares con estudios fisiológicos y celulares, para conocer el estado de salud de la planta en situaciones de estrés y, con ello, poder correlacionar los cambios en la acumulación de una determinada proteína con las diversas funciones de estos organismos.
Debido a que transformar o modificar genéticamente la planta del frijol representa un proceso lento y complejo, la especialista en biología molecular de plantas centró sus estudios en Arabidopsis thaliana, un modelo experimental para el cual se cuenta con una amplia gama de herramientas de análisis que permiten avanzar en el conocimiento del funcionamiento de las plantas con mayor rapidez.
Lo anterior le ha permitido analizar con mayor detalle un grupo de proteínas que se ha denominado proteínas LEA (Late Embryogenesis Abundant), por ser proteínas qque se acumulan abundantemente durante la embriogénesis tardía de las plantas y que, por tanto, muestran elevados niveles en las semillas secas. “Se ha propuesto que son proteínas implicadas en la tolerancia a la sequía, la cual se ha reforzado por la observación de que también se acumulan en los tejidos vegetativos (hojas, tallos, raíces y flores) de plantas sometidas a déficit hídrico, como puede ser sequía, salinidad o congelamiento”, explicó la especialista.
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Las proteínas LEA forman parte de un grupo más extenso de proteínas que el grupo de investigación de la doctora de la UNAM describió por primera vez, las hidrofilinas. “Las hidrofilinas están distribuidas en todos los organismos (bacterias, hongos, animales, etcétera), siendo otra característica distintiva su acumulación bajo condiciones de limitación de agua. Interesantemente, su abundancia es común en organismos anhidrobióticos, es decir, en organismos que pueden tolerar deshidrataciones extremas”.
Una de las funciones de las proteínas LEA y otras hidrofilinas, destacó la investigadora, es proteger otras proteínas de los daños provocados por la limitación de agua en las células vegetales cuando una planta es sometida a condiciones de sequía. Una función similar a la que llevan a cabo las proteínas conocidas como chaperonas, “proteínas que acompañan y protegen proteínas esenciales para que las plantas puedan tolerar y ajustarse a condiciones de déficit hídrico”, apuntó.
Frijoles resistentes a sequía
El grupo de investigación de la doctora Covarrubias Robles también ha explorado las diferencias fisiológicas y moleculares entre cultivares de frijol resistentes o sensibles a la sequía terminal, lo cual le ha permitido priorizar algunas de las estrategias que se han seleccionado en esta especie para mitigar el impacto de esta condición adversa en la productividad del cultivo.
En la actualidad, el Instituto de Biotecnología de la UNAM se ha involucrado en un proyecto de investigación multidisciplinario en el que participan especialistas de la Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad (Conabio), INIFAP, Laboratorio Nacional de Genómica para la Biodiversidad (Langebio) y del Instituto de Ecología (Inecol) —que pertenece al sistema de centros públicos del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt)—, para realizar un análisis genómico-funcional utilizando variedades de frijol resistentes y sensibles.
La investigadora comentó que estos estudios y otros más que se realizan en su laboratorio ofrecen la posibilidad de contar en un futuro con marcadores moleculares candidatos para seleccionar cultivos mejorados o para generar plantas transgénicas seguras, más tolerantes a sequía y capaces de producir más semillas bajo estas condiciones. “Tras varios años de investigación sobre este tema, en la actualidad vemos con mayor claridad la función en la respuesta de la planta a la sequía de los genes y proteínas que hemos estudiado y contamos con información que podríamos transportar a otro nivel”, concluyó.
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