Ingeniería Genética

Plantas: crecer con menos agua | University of Würzburg

21 de Febrero 2019 – University of Würzburg (Imagen: Stephan Liebig)

Los pequeños poros en las hojas de las plantas, llamados estomas, tienen una gran influencia en el estado de nuestro planeta. A través de los estomas, las plantas absorben dióxido de carbono, que se incorpora a los carbohidratos y liberan oxígeno. Pero también pierden agua a través de los poros abiertos, que pueden ser potencialmente mortales para las plantas en condiciones secas.

Por lo tanto, las plantas han desarrollado vías de señalización complejas que optimizan el ancho de apertura de los estomas para adaptarse a las condiciones ambientales. En respuesta a los cambios en la disponibilidad de luz, dióxido de carbono y agua, pueden abrir o cerrar estos poros. ¿Cómo evolucionaron las vías de señalización que son responsables de esta regulación? Esto se está investigando en Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) en Baviera, Alemania, en el equipo del científico de plantas Rainer Hedrich.

«Actualmente estamos recopilando y analizando datos de diferentes especies de plantas», dice el profesor Hedrich. Explica que esta investigación también tiene relevancia para la agricultura: «El conocimiento sobre la evolución de estas vías de señalización podría contribuir a los esfuerzos de mejoramiento para desarrollar cultivos que puedan crecer con menos agua». Después de todo, la mayoría del agua potable se suministra a las plantas a través del riego. Los sistemas se pierden a través de los poros estomáticos. En vista del cambio climático, las variedades de plantas que pueden hacer frente a la sequía son muy buscadas.

Historia de genes importantes reconstruidos.

En la revista Trends in Plant Science, los investigadores de JMU, la Dra. Frances Sussmilch, el Profesor Jörg Schultz, el Profesor Hedrich y el Dr. Rob Roelfsema ahora resumen el estado actual del conocimiento sobre las vías de señalización que las plantas utilizan para regular su balance hídrico.

El equipo de Würzburg ha reconstruido la historia evolutiva de genes importantes que controlan el movimiento de los poros de las hojas en plantas con flores. Resultó que la mayoría de estos genes pertenecen a antiguas familias de genes que se producen en todos los grupos de plantas, incluidas las algas verdes. Estas familias de genes probablemente se desarrollaron antes de que las primeras plantas colonizaran la tierra.

Los investigadores también descubrieron que algunos genes específicos que controlan la apertura y el cierre de los poros de las hojas en respuesta a la luz y al dióxido de carbono probablemente solo se desarrollaron en las plantas con semillas o en las plantas con flores después de haberse separado en la evolución de un ancestro común con helechos.

Genes de señalización específicos en células guardas ajustables.

En su trabajo, los científicos de JMU observan de cerca las células de guarda de las plantas. Estas dos células rodean cada poro de la hoja. Cuando la presión hidráulica aumenta en las celdas de protección, los poros se abren. Si la presión disminuye, el poro se cierra.

En las células de guarda de las plantas con flores, los productos de ciertos genes de señalización clave tienen propiedades únicas o se encuentran en concentraciones mucho más altas que en las células de la hoja circundante. La especificidad de estos genes es probablemente importante para controlar la presión hidráulica en las células de guarda.

Los investigadores también han examinado los genes relacionados con los datos disponibles para el musgo Physcomitrella patens. «Descubrimos que ninguno de los genes de musgo de interés era específico para el tejido portador de estomas, sino que todos estos genes también se expresaban en tejidos sin estos poros», dijo Frances Sussmilch. Rob Roelfsema y Jörg Schultz agregan: «Los genes de señalización con funciones específicas en las células de guarda probablemente surgieron más tarde en la evolución de la planta después de la divergencia de los musgos de un ancestro que comparten con las plantas en flor».

University of Würzburg

  1. Frances C. Sussmilch, Jörg Schultz, Rainer Hedrich, M. Rob G. Roelfsema. Acquiring Control: The Evolution of Stomatal Signalling PathwaysTrends in Plant Science, 2019; DOI: 10.1016/j.tplants.2019.01.002

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