Un estudio liderado por el Instituto de Química Física Blas Cabrera (IQF) del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), con participación del Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (IBMCP, CSIC-UPV), identifica el mecanismo molecular que permite a las plantas ajustar su sensibilidad y respuesta a la falta de agua. Este 'código' regula el funcionamiento de proteínas que reaccionan a la activación del ácido abscísico (ABA), una hormona que detecta la escasez de agua para poner en marcha mecanismos de defensa. Los resultados, publicados en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), también muestran la capacidad de modificar genéticamente este mecanismo para mejorar la resiliencia de los cultivos en el contexto actual de cambio climático.
El ácido abscísico, conocido como la 'hormona del estrés', permite a las plantas regular su comportamiento ante situaciones de déficit hídrico. Esta sustancia química las permite detectar la falta de agua y activar mecanismos de defensa, como el cierre de los estomas —poros de las hojas— y la expresión de genes para gestionar la escasez de agua. La reacción a esta hormona depende de una familia de proteínas, conocidas como receptores, que actúan como sensores que determinan el grado de sensibilidad en la respuesta ante las sequías mediante pequeños cambios en su estructura.
El nuevo estudio ha identificado el 'código molecular' mínimo, es decir, las instrucciones esenciales que controlan el funcionamiento de estos receptores. Este mecanismo no solo actúa como un interruptor que determina si esta familia de proteínas debe activarse o no ante la presencia de la hormona ABA, sino también funciona como un regulador de precisión. Esto permite a la planta calibrar la intensidad de la respuesta, desde una reacción leve para ahorrar agua hasta una defensa inmediata en situaciones de sequía extrema. "Nuestro trabajo desvela cómo las plantas han ajustado evolutivamente su capacidad para percibir esta hormona", detalla Armando Albert, investigador del IQF-CSIC que lidera el estudio.
El equipo investigador ha demostrado cómo este código evolucionó para ampliar el rango de condiciones ambientales a las que las plantas pueden responder. Este hallazgo se ha realizado tras comparar tres receptores que representan los extremos y los puntos intermedios en la evolución de la percepción de ABA en plantas, desde especies primitivas hasta cultivos actuales. Los investigadores compararon un receptor del alga Zygnema circumcarinatum, considerada insensible al ácido abscísico; un segundo receptor en una planta hepática (primitiva), similar al musgo, que puede depender o no de ABA para generar una respuesta; y un receptor en un cultivo actual, en concreto, en el Citrus sinensis o naranjo dulce, que depende totalmente de esta hormona para activarse.
Los resultados revelan cómo las plantas han resuelto, a través de la evolución, el equilibrio entre la sensibilidad para activar sus defensas y la robustez para calibrar el grado de activación. "Algunos receptores son altamente sensibles y detectan niveles bajos de ABA en condiciones de estrés leve, mientras que otros requieren concentraciones más elevadas de la hormona, permitiendo mantener la respuesta durante episodios de sequía severa", explica Pedro Luis Rodríguez, investigador del IBMCP que participa en el estudio. Gracias a la combinación de estas estrategias, las plantas pueden funcionar en un amplio rango de condiciones ambientales.
Una adaptación de millones de años
Las plantas se han adaptado a entornos cambiantes durante más de 450 millones de años, desde su transición desde el medio acuático a la vida terrestre. A lo largo de este proceso evolutivo, desarrollaron sofisticados mecanismos para hacer frente a la escasez de agua, uno de los principales factores que limita la supervivencia vegetal y la productividad agrícola.
Posteriormente, este proceso natural fue modulado por el ser humano con el inicio de la agricultura, hace unos 10.000 años, cuando las especies cultivadas fueron seleccionadas por su mayor rendimiento. Sin embargo, esta selección introdujo un compromiso fundamental: "Una mayor productividad suele ir asociada a un mayor consumo de agua, lo que hace que los cultivos sean más vulnerables a la sequía", aclara Albert.
En el contexto actual, las plantas no solo se enfrentan al estrés hídrico asociado con una mayor productividad, sino también a los efectos del cambio climático, causa de un aumento de la temperatura media anual de más de dos grados desde finales del siglo XIX. Esta situación aporta una especial relevancia al hallazgo publicado en la revista PNAS: no solo explica el mecanismo que emplean las plantas para responder ante la escasez de agua, sino que, según los investigadores, demuestra la posibilidad de modificar este código molecular.
Los receptores analizados en el trabajo están formados por aminoácidos, es decir, moléculas que se combinan para formar proteínas. Cuando estas moléculas se encadenan para componer los receptores, pierden una molécula de agua; lo que queda del aminoácido tras la unión es lo que se conoce como residuo. Los investigadores demostraron que mutaciones puntuales —sustitución de un residuo por otro en la cadena proteica— permiten reprogramar la respuesta de los receptores al estrés hídrico. Estos cambios evidenciaron cómo los receptores se activaban con mayor o menor intensidad ante la hormona ABA y permitieron determinar si necesitan la presencia de dicha hormona para activarse o si mantienen un estado basal.
Este trabajo, que constituye la base de la tesis doctoral de María Rivera-Moreno en el IQF-CSIC, proporciona una base para diseñar cultivos que equilibren mejor la productividad y el uso del agua, abriendo nuevas vías para mejorar la resiliencia frente a la sequía en el contexto del cambio climático.
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