Plantas resistentes a la sequía: descubren el genoma de la “resurrección”

Un estudio de la Universidad de Bonn, Alemania, publicado recientemente en Science Daily, y anteriormente en la revista The Plant Journal, explica como algunas plantas pueden sobrevivir meses sin agua, logrando “resucitar” y volver a ponerse verdes después de un breve aguacero.

El trabajo de investigación muestra que esto no se debe a un “gen milagroso”, sino que es consecuencia de la capacidad de toda una red de genes (genoma), los cuales, en su mayoría ¡también están presentes en las variedades de plantas más vulnerables a la sequía! ¿Cómo puede ser? Te contamos más.

También participaron en el estudio la Universidad Estatal de Michigan (EE.UU.) y la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf (Alemania). El trabajo fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias de EE.UU. (NSF) y la Fundación Alemana de Investigación (DFG).

Sorprende el genoma de la “planta de resurrección"

Los investigadores observaron con mucho detalle una especie de planta que se ha estudiado durante largo tiempo en la Universidad de Bonn: la craterostigma plantagineum, la “planta de resurrección”.

Se trata de una planta enana que se puede encontrar como una especie de alfombra en el suelo, con flores en tonos de azul y púrpura. Lleva ese nombre porque en tiempos de sequía, uno podría pensar que está muerta y se secó completamente, pero no es así, incluso después de largos meses de sequía ¡un poco de agua es suficiente para revivirla!

La directora del equipo de investigación, la Dra. Dorothea Bartels, profesora en el Instituto de Fisiología Molecular y Biotecnología de las Plantas (IMBIO) de la Universidad de Bonn, explica que: “En nuestro instituto hemos estado estudiando durante muchos años cómo la planta logra hacer esto”, refiriéndose a la “resurrección”.

Llegaron a la conclusión de que esta planta logra resurgir de la sequía gracias a la combinación de muchos genes involucrados, la mayoría de los cuales también se encuentran en especies que no soportan tan bien la sequía, con lo cual, la sorpresa es mayúscula.

¿Todas las plantas podría resultar resistentes a la sequía?

Junto con el equipo de la Dra. Bartels, investigadores de la Universidad de Michigan analizaron el genoma completo de la especie Craterostigma plantagineum. El estudio es bastante complejo: mientras que la mayoría de los animales tienen dos copias de cada cromosoma (una de la madre y otra del padre), esta planta tiene ocho copias de cada cromosoma. Su genoma es “óctuple” también llamado “octoploide”, los seres humanos, en cambio, somos diploides.

“Tal multiplicación de la información genética se puede observar en muchas plantas que han evolucionado en condiciones extremas”, dice Bartels. Pero ¿por qué? Una razón probable es: si un gen está presente en ocho copias en lugar de en dos, en principio se puede leer cuatro veces más rápido.

Por lo tanto, un genoma octoploide puede permitir que se produzcan grandes cantidades de una proteína requerida muy rápidamente. Esta capacidad también parece ser importante para el desarrollo de la tolerancia a la sequía.

En la Craterostigma, algunos genes asociados con una mayor tolerancia a la sequía se replican aún más, estos incluyen los llamados ELIP (Proteínas Inducibles por Luz Temprana, en inglés)”, ya que se encienden rápidamente con la luz y protegen contra el estrés oxidativo. Ocurren en un alto número de copias en todas las especies tolerantes a la sequía.

“Craterostigma tiene cerca de 200 genes ELIP que son casi idénticos y están ubicados en grandes grupos de diez o veinte copias en diferentes cromosomas”, explica Bartels. Por lo tanto, las plantas tolerantes a la sequía presumiblemente pueden recurrir a una extensa red de genes que pueden regular al alza rápidamente en caso de sequía”.

Plantas sensibles vs. resistentes a la sequía

Las especies sensibles a la sequía suelen tener los mismos genes que las plantas de “resurrección”, pero la diferencia esencial se da en el menor número de copias. Si bien se conoce que las semillas y el polen de la mayoría de las plantas, a menudo pueden germinar, incluso después de largos períodos sin agua, como si estuvieran genéticamente programadas para protegerse contra la sequía.

Sin embargo, “este programa normalmente se apaga en la germinación y no se puede reactivar luego, a diferencia de las plantas de resurrección, en donde sí permanece activo”, explican los investigadores.

La tolerancia a la sequía, entonces, es algo que la gran mayoría de las plantas “pueden hacer”. Los genes que confieren esta capacidad probablemente surgieron muy temprano en el curso de la evolución. Sin embargo, estas redes son más eficientes en especies tolerantes a la sequía y, además, no están activas solo en ciertas etapas del ciclo de vida.

No todas las células de Craterostigma plantagineum tienen el mismo “programa de sequía”. Así lo demostraron investigadores de la Universidad de Düsseldorf, que también participaron en el estudio.

Por ejemplo, diferentes genes de la red de sequía están activos en las raíces durante la desecación de las hojas, este hallazgo no es inesperado: las hojas, necesitan protegerse contra los efectos dañinos del sol, son ayudados en esto por ELIPs, por ejemplo.

Con suficiente humedad, la planta forma pigmentos fotosintéticos que absorben al menos parcialmente la radiación. Esta protección natural falla en gran medida durante la sequía. Las raíces, por el contrario, no tienen que preocuparse por las quemaduras solares.

El estudio mejora la comprensión de por qué algunas especies sufren tan poco con la sequía. A largo plazo, por lo tanto, podría contribuir a la mejora de cultivos como el trigo o el maíz que soportan sequía. En tiempos de cambio climático, es probable que estos tengan en el futuro una mayor demanda.