Modifican semillas para crear árboles resistentes al cambio climático
Por Miguel Ángel González G.
México, DF. 11 de junio de 2015 (Agencia Informativa Conacyt).- La doctora Alma Orozco Segovia del Instituto de Ecología de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) afirmó que mejorar las semillas de árboles nativos para aumentar su resistencia al cambio climático es posible y contribuye a la restauración de sistemas ecológicos en el país.
En entrevista con la Agencia Informa Conacyt, la experta en Ecología Fisiológica de la Germinación explicó que para ello ha desarrollado métodos llamados estrategias de acondicionamiento–en los que “estresa” a las semillas–, cuyos resultados podrán ser usados en el futuro por cualquier persona sin necesidad de un laboratorio o de hacer pruebas sistematizadas como las que ella hace actualmente.
Orozco Segovia ha dedicado 20 años a este tipo de proyectos. Toda su vida académica (licenciatura, maestría y doctorado) la cursó en la Facultad de Ciencias de la UNAM. Fue alumna del ecofisiólogo mexicano Carlos Vázquez Yanes; juntos sentaron las bases del conocimiento sobre cuál es la participación de las semillas y de las especies en la regeneración de las selvas.
“Estoy tratando de mejorar semillas de árboles nativos como se hace con los granos de maíz, a través de tratamientos fisiológicos, no genéticos, para restaurar el ecosistema”, indicó la doctora perteneciente al Sistema Nacional de Investigadores (SNI) con el nivel III.
Agencia Informativa Conacyt (AIC): ¿Cómo visualiza la restauración ecológica?
Alma Orozco Segovia (AOS): Desde muchos puntos de vista. Uno es que se ha perdido una gran cantidad de superficie arbórea de México. Como un ejemplo, Tabasco solo conserva el 10 por ciento de su vegetación. El resto son potreros, zonas de cultivos. Eso provoca erosión, pérdida de la fertilidad, muchísimas otras cosas, además de la pérdida de especies, que de por sí eso ya es muy grave. Desde ese punto de vista, nos planteamos que hay que cambiar la dirección de la forma en que vemos a la naturaleza. Por eso quiero restaurar esas áreas con especies nativas.
AIC: ¿Qué se necesita para efectuar la restauración ecológica?
AOS: Que las semillas tengan embriones vigorosos, con cierta tolerancia al estrés, pues luego de ser muy cuidadas en un invernadero, las plantas son llevadas a un ambiente que no es amable para plantas jóvenes. Además, necesitamos que esas semillas sean resistentes y productivas, con mayores tasas de crecimiento.
Todas esas bondades que tienen los cultivos de maíz o trigo, por ejemplo. Lo hago con semilla mejorada fisiológicamente, no genéticamente.
AIC: ¿Cuál es la diferencia?
AOS: Aprovechar la información genética que ya tiene la especie para que, dentro de sus límites de tolerancia, exprese su mayor tolerancia al estrés.
AIC: ¿Se les incrementa la tolerancia?
AOS: Se expresa; la especie ya la tiene pero la tiene que expresar.
AIC: ¿Cómo se logra eso?
AOS: Se recolecta la semilla en el campo, de preferencia de la misma zona que queremos restaurar. De manera idónea para la investigación buscamos semillas que estén en microambientes en donde las vamos a reintroducir.
Por ejemplo, si son árboles que están en pendientes, tomar semillas de tales lugares porque tienen la información de cómo va a desarrollar todo su sistema radicular, es decir, el conjunto de raíces de una misma planta, para poderse anclar en una pendiente. Si vamos a restaurar terrenos más planos, buscamos otros atributos de las especies.
AIC: ¿Eso se hace solo con una especie?
AOS: La restauración no se refiere a reintroducir una especie solamente, sino a reintroducir especies que juegan diferentes papeles dentro de la comunidad. Por ejemplo, la selva alta perennifolia tiene especies herbáceas, arbustivas, del estrato medio, bajo, alto y árboles emergentes.
Cada una de ellas está adaptada a vivir en su estrato y le otorga ciertas propiedades al ecosistema, que incluye determinadas alturas en las que se pueden desplazar los animales para alimentarse; o las especies vegetales que pueden aprovechar los rayos del sol que entran a través del dosel arbóreo para realizar la fotosíntesis.
Las adaptaciones que tienen las poblaciones de la selva son diversas, y ese mismo ambiente que permite que las distintas especies sean diferentes es lo que hace que la selva sea una sinfonía por sus armonías.
Si queremos restaurar esos ambientes tenemos que conocer primero cuáles son las especies focales, las más importantes, que nos van a permitir iniciar esa restauración. Y generalmente esas especies son los árboles porque producen sombra, por su aporte de hojarasca al suelo.
No son todos los árboles, solo aquellos que desde un principio ayudan a cicatrizar los espacios que se hacen normalmente en la selva cuando se caen; esas son las especies pioneras, especies de avanzada.
AIC: ¿Cómo es la colecta?
AOS: Primero debemos saber qué tipos de semillas me interesan. Por eso tengo que conocer la comunidad, el ecosistema que quiero restaurar. Después de eso, identifico las épocas de fructificación y, por último, voy y las recolecto directamente de los árboles sin importar cuan alto sea; puedo pagar para ello (el mayor número de individuos posible) y las traigo al laboratorio.
AIC: ¿Qué hace con ellas?
AOS: Les “tuerzo el brazo” hasta que se vuelven tolerantes al estrés, pero antes las limpio con éter para eliminar insectos y fungicidas para los hongos; usamos hipoclorito de sodio para eliminar tanto hongos como bacterias. Dependiendo de la especie modificamos el tiempo de exposición en esas condiciones. Pero sí es muy importante que las semillas estén completamente limpias.
Lo idóneo sería que uno lograra encontrar poblaciones de semillas sanas, pero cuando los ambientes están muy estresados, las especies también tienen un estrés fisiológico, y por lo tanto los patógenos o los insectos las pueden atacar con mayor facilidad; y como en la actualidad casi todo está muy perturbado, pues lo que tenemos que hacer es quitarles todos esos daños.
Ya después las introduzco a una cámara de germinación, pero si es una semilla proveniente de una zona que normalmente se quema también puedo someterla a tratamientos de calor o incendio, porque a veces justamente son esas temperaturas las que van a permitir que las semillas germinen. Pero eso lo hago con un tratamiento antes de las hidrataciones y deshidrataciones.
Luego las preparo para que ya no tengan ningún obstáculo para germinar. Al decir obstáculo me refiero a la cubierta de la semilla que es dura e impermeable. Las vuelvo permeables metiéndolas en agua a temperatura de 100 grados centígrados. Quito mis semillas de la estufa, bajo la temperatura a 80 grados centígrados y allí las dejo dependiendo del volumen de las semillas y del grosor de la cubierta de las mismas.
Otra forma para vigorizarlas es a través de un contenedor con arena. Allí pongo las semillas, las cubro con más arena y las meto al horno para que se calienten a 60 grados centígrados por determinado tiempo; eso depende de la región del país donde hayan sido recolectadas. Tomo la información del ambiente de esa región y hago cálculos de cuánto tiempo pasan en condiciones de calor y cuánto de frío, y hago lo mismo en el laboratorio.
AIC: Describa el proceso para someterlas a estrés.
AOS: Primero las trato muy consentidas, las hidrato como si las estuviera poniendo para que germinen. Hay varias posibilidades; una es con suficiente aporte de agua, y justo antes de que vayan a germinar las seco.
Entonces, eso le da una información a la semilla de que el agua no está disponible. Se van sintetizando determinadas proteínas, leyendo información genética que ya tiene la especie y es la que después va a expresar la semilla a la hora de la germinación y durante su crecimiento.
AIC: ¿Cómo se hace eso?
AOS: De varias maneras; entre más estresado sea el lugar a donde se va a llevar a la planta, más estresante tiene que ser el tratamiento. Por ejemplo, hago que la semilla se hidrate en un ambiente de poca disponibilidad de agua. Se va a tener que “esforzar” la semilla, en términos coloquiales, en tomar el agua. En términos correctos, la captura de agua va a ser en condiciones adversas, a fin de que este proceso ocurra al 100 por ciento. Esa es ya una situación de estrés para ellas.
Si lo quiero hacer más difícil, las someto a poca hidratación pero además las expongo a altas temperaturas. Entonces son dos fuentes de estrés. Y después de eso las seco.
AIC: ¿Qué lugar ocupa México en este tipo de investigaciones?
AOS: Los primeros en aplicar en nuestro país este tipo de tratamientos a las semillas nativas somos nosotros, en este laboratorio. Más o menos al mismo tiempo en Cuba empezaron a hacer algo parecido. ¿Qué ventaja llevamos nosotros en relación a otros países que han estado investigando casi lo mismo? Hemos encontrado que eso que hacemos de manera muy controlada en el laboratorio lo podemos reproducir poniendo las semillas en el suelo, y en condiciones en que normalmente estas germinarían.
Cuando las saco y pruebo su respuesta fisiológica, resulta que es tan buena o mejor que cuando hago las cosas de manera controlada en un laboratorio. Porque la respuesta a la hidratación de las semillas es resultado de la evolución, y las semillas se han almacenado a lo largo de la evolución y se han adaptado a esas condiciones. Esto es valioso porque cualquier persona lo podría hacer, por ejemplo un campesino, y tendría éxito.
AIC: ¿Esa es su principal aportación?
AOS: En lo que estamos incursionando es en responder preguntas como cuáles son los atributos de la semilla, qué hace que en unos casos el mismo tratamiento sea exitoso y en qué casos no. En eso estamos trabajando.
Para un grupo de especies lo sabemos, por ejemplo, si son semillas que tienen cubiertas duras e impermeables, pues el tiempo que tenemos que dejarlas en el suelo es muchísimo más largo que el de semillas que tienen su testa delgadita, que se pueden romper más fácilmente; o si son semillas que caen al suelo y germinan sin necesidad de enterrarse.
Tiene uno que considerar la ecología y la biología de las especies –la primera es parte de la segunda pero vamos a verlo separadamente– para que nuestras estrategias de vigorización de las semillas sean las correctas.
Tenemos entonces dos formas de investigación: por un lado en el laboratorio y por otro en el suelo pero en condiciones controladas. Una vez que se hidrataron en cualquiera de esas dos condiciones, ya sea suelo o laboratorio, las seco en condiciones de oscuridad; ya secas las puedo germinar.
Si las quiero germinar en una placa de agar, que es un pequeño recipiente de vidrio o plástico redondo que contiene un medio de cultivo, las desinfecto; pero si lo haré en una maceta, no tiene caso desinfectarlas.
Que eso es lo que tendrían que hacer los campesinos, y eso es lo que me preocupa. Si estamos frente a un cambio climático global no podemos restringir que el conocimiento básico retrase la posibilidad de que cualquiera sea capaz de participar en la restauración del país.
Por eso es mi empeño en llevar lo que hacemos y hemos descubierto en el laboratorio a las condiciones más simples, donde el campesino no tenga que esterilizarse las manos para manejar las semillas, que no tenga que utilizar la placa de agar para germinarlas.
AIC: ¿En qué proceso se encuentra la investigación?
AOS: Estamos haciendo que las semillas que estaban en el árbol con un ambiente determinado, nutridas por la planta madre, lleguen al suelo y se enfrenten a las condiciones de hidratación, de temperatura, en las que va a germinar primero como semilla y luego como planta.
Nos falta mucho, esto lo hemos visto hasta del punto de vista molecular. La doctora Alicia Gamboa de Buen se dedica a eso, y ha descubierto que en las semillas se expresan exactamente las mismas proteínas tanto en el suelo, que cuando damos los tratamientos en el laboratorio de manera estéril.
AIC: ¿Qué tipo de proteínas?
AOS: Las mismas que se expresan al inicio de la germinación. Para que una semilla germine debe hidratarse de manera inmediata. Una vez que está tomando agua empiezan procesos bioquímicos, moleculares, que hace que se reparen todos los daños que hayan sufrido las células de las semillas durante el secado que tuvo la semilla antes de su dispersión, todavía en la planta madre. Esas membranas tienen que recuperar su estructura.
Las mitocondrias empiezan a hacer su labor, necesarias para la respiración de cualquier ser vivo. Empieza a trabajar la semilla con las mitocondrias que tiene pero algo que ocurre también es que ensambla mitocondrias nuevas.
El ADN (ácido desoxirribonucleico que contiene las instrucciones genéticas empleadas en el desarrollo y funcionamiento de los organismos vivos) y el ARN (ácido ribonucleico formado por una cadena de ribonucleótidos) hacen lo suyo. Primero, la semilla empieza a sintetizar proteínas y a hacer muchas cosas con el ARN que traía, pero también empieza a sintetizar ARN nuevo. ADN sin fallas, sin errores. Digamos que se renueva todo el equipo que la semilla trae para poder germinar y permitir que la radícula emerja.
Una vez que pasa esa parte, si usted la deshidrata, la semilla guarda toda esa información. Mientras no haya salido la radícula, usted la seca y tiene parte de la información. Entonces cuando la vuelve a hidratar ya para sembrarla, la cantidad de procesos que tienen que ocurrir ya están hechos.
AIC: ¿Después qué sucede?
AOS: La semilla germina más rápido, tiene información de que el ambiente es adverso, ya sintetizó proteínas que le van a permitir saber cómo podrá enfrentarse a esas condiciones adversas. Esa germinación es uniforme, rápida y los embriones son vigorosos.
AIC: ¿Los campesinos podrán hacer eso algún día?
AOS: Así es. Es una maravilla. Es como descubrir el hilo negro, un hilo que nadie había visto. Las plantas evolucionaron en condiciones naturales. Las semillas se adaptaron a estar en el suelo antes de germinar y de allí obtienen información desde biológica, hasta la que uno llama abiótica, que significa condiciones de humedad, luz, temperatura, que le va a permitir adaptarse a su ambiente.
AIC: ¿Qué beneficios traerá todo esto de manera práctica?
AOS: Que en cualquier pueblo de la República Mexicana o de cualquier país van a poder cultivar árboles con mayor probabilidad de sobrevivir en el campo.
AIC: ¿Estas investigaciones aplican para cualquier tipo de especie?
AOS: Hemos descubierto que las especies que viven en ambientes estacionales son más responsivas al tratamiento que las que viven en ambientes donde no hay una época seca bien definida, por ejemplo las de la selva. Eso no quiere decir que estas sean especies que no responden, sí lo hacen.
Esta obra cuyo autor es Agencia Informativa Conacyt está bajo una licencia de Reconocimiento 4.0 Internacional de Creative Commons.
