martes, 17 de septiembre de 2013

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

20 comentarios:

  1. La manipulación de un único receptor (1 de los 14 miembros) podría conferir resistencia a sequía sin afectar al desarrollo de la planta?

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    1. Rubén Fernández Santos17 de septiembre de 2013, 11:51

      Sí, es posible. De hecho recientemente el laboratorio en el que he realizado mi trabajo ha publicado un artículo en el que modificando un solo receptor, concretamenta PYL4, se obtiene un aumento de la resistencia a la sequía. Te dejo el link al pdf de ese artículo para que veas la figura 7, que es muy interesante. En unos casos se ha sobreexpresado (aumentado la cantidad) el receptor PYL4 (OEPYL4) y en otros se ha sobreexpresado una versión modificada de ese mismo receptor (A194T). Verás que las filas de plantas de la parte inferior que sobreexpresan el receptor modificado están en mejor estado que las de la parte superior cuando se les somete a estrés hídrico.

      http://www.plantphysiol.org/content/163/1/441.full.pdf+html

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  2. Rubén, un tema que a priori es bastante complejo (no me refiero al concepto, sino a la señalización y respuesta al estrés por déficit hídrico), lo has explicado perfectamente: de una forma clara y totalmente comprensible.

    Ni que decir tiene la importancia de las posibles aplicaciones de esta investigación.

    Enhorabuena por el post y suerte en el proyecto.

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    1. Rubén Fernández Santos17 de septiembre de 2013, 11:52

      Muchas gracias! Me alegro de haberlo explicado bien, esa era mi intención.

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  3. Muchisimas gracias por tomar su tiempo en escribir articulos tan interesantes y utiles, admiro a su blog, un gran saludo

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  4. Yo había leído sobre una investigación de cañas de azúcar resistentes a la sequía que se venía desarrollando en Cuba, pero hace mucho no escuchaba nada del tema, ¿que tan avanzado va la investigación que ustedes están realizando como para pensar en una aplicación en el campo?¿es posible que ya se puedan ver resultados en otras partes del mundo, cómo en Cuba por ejemplo?

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    1. Rubén Fernández Santos17 de septiembre de 2013, 17:18

      La investigación acerca de los receptores está dando aún sus primeros pasos, pues se descubrieron en el 2009 si no recuerdo mal.Todavía debe investigarse más y tendrá que pasar algún tiempo para que podamos ver una aplicación en el campo. Es posible además que las mejoras provengan de la manipulación de los otros componentes de la misma ruta de señalización y no de los receptores.

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  5. Muy bién Rubén, me parece muy interesante. Espero que consigas grandes logros y que sean útiles para todos. UN SALUDO.

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  6. Mejora inmensamente este blog cuando quienes escriben los posts no son Mulet, sino personas con un nivel de educación claramente superior. Enhorabuena a esos incipientes investigadores y buenos comunicadores.

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    1. y JMMulet que decía que los trolls habían desaparecido...

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    2. Puede que no estés de acuerdo con las tesis de JM Mulet, pero decir que tiene un nivel de educación inferior desacredita inmediatamente tu opinión, porque de sus escritos se desprende claramente que es un experto del tema en el que escribe. De todos modos, como comentaba otra persona arriba, probablemente seas uno de los trolls que a menudo visitan este blog, así que me temo que esta respuesta no es sólo inútil sino casi contraproducente, pero en fin...

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    3. Pobres...Somos muchos los que sabemos que JMM en general no tiene ni remota idea (de prácticamente nada). Es un buen provocador, pero poco más. Se constata esa realidad, y, en respuesta hay quien salta inmediatamente con la cantinela "troll". Aunque hay que conceder que en esta ocasión, excepcionalmente, ha tenido una buena idea. Espero que lo mantenga, y se mantenga fuera de su propio blog el mayor tiempo posible, para quienes preferimos cordura, mesura y conocimiento (pero no caerá esa breva, me temo).

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    4. Pues os debe de dar morbo sino, no lo entiendo. No tengo ni idea, provocador, en cambio sois mis lectores y comentaristas más fieles.

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  7. Enhorabuena por tu post Rubén. Fácil y asequible para todos los públicos.
    Nunca nos paramos a pensar que las plantas no pueden ir en busca de agua como hacen los animales!! Me alegra saber que se investigan estas cosas.

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  8. Hola Ruben. Me has enseñado algo que no sabía y sobre todo de una manera sencilla para la gente que como yo no somos entendidos en estos temas. ¿las plantas se estresan? quién me lo iba a decir. Enhorabuena por to post.

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  9. Me parece muy buena la iniciativa de JM Mulet de que los alumnos del master escriban entradas del blog como trabajo de clase. Yo también trabajo en el campo de la biología molecular de plantas y siempre he estado muy interesada en la divulgación y comunicación científica y este post me parece el que hasta ahora ha hecho un mayor esfuerzo por acercar el tema tratado al público general, sobretodo teniendo en cuenta que es el tema de investigación y la aproximación del trabajo de Rubén es especialmente difícil de explicar a gente no experta (receptores, mutantes...). Me han gustado mucho las comparaciones que ha hecho para facilitar la comprensión de ciertos aspectos.

    Ahora, para contribuir a la discusión (y a tu buena nota espero), simularé la primera pregunta que seguro te haría una persona no experta que es: ah! pero entonces, tú trabajas con transgénicos... pero los transgénicos no son malos? (perdón por la obviedad, pero es así y aprender a responder esta pregunta es básico para cualquier comunicador científico en general y especialmente para cualquiera que trabaje en biología molecular de plantas).

    Enhorabuena a Rubén por el post y a JM Mulet por la iniciativa.

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    1. Rubén Fernández Santos19 de septiembre de 2013, 14:47

      No, no los transgénicos no son malos para la salud y no hay ninguna razón científica para pensar en lo contrario. De hecho, lo que se debería demostrar es que los transgénicos son malos, pues no se puede demostrar lo contrario. De igual manera no se puede demostrar que todos los patos tienen pico, porque eso implicaría que se han analizado todos los patos del mundo, y eso es en la práctica imposible. Debería buscarse un pato que no tenga pico. Es un ejemplo burdo, pero espero que sea ilustrativo de lo que intento explicar.

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    2. Preguntar si los transgénicos son malos es como preguntar si la banca es mala, o si la medicación es mala.
      Los transgénicos son buenos si se demuestra con un lógica filtro de calidad(sin presiones a los que se supone que van a definir su idoneidad, como Monsanto).
      Los transgénicos son buenos si las empresas no compran a los gobiernos (como ocurre ahora, por ej en Colombia) para tramitar una ley de obligatorio cumplimiento de compra de semillas por parte de los indefensos agricultores (y gaseados y apaleados por la policía).
      Los transgénicos son buenos, los investigadores y agricultores aún más.
      Los que se benefician de ellos ya no lo son tanto y no van a cambiar ahora por gracia divina.

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  10. Muy interesante! Una pregunta que me surge es la de en qué medida esta adaptación a la sequia afectará a la calidad y cantidad de las cosechas, o si esta adaptación incidirá en otros factores, como puede ser la resistencia de la planta al frío.... porque creo, y no creo que vaya del todo desencaminado, que no se pueden conseguir euros a peseta, o sí?

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    1. Rubén Fernández Santos19 de septiembre de 2013, 14:51

      Otros estreses además de la sequía también conllevan un estrés hídrico, como por ejemplo el estrés por calor,la congelación o la salinidad, así que también se mejoraría la resistencia en estos casos. No obstante, también se debería actuar sobre aquellos componentes que son más específicos de estos estreses y que tienen una mayor influencia.

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