Algunas plantas pueden sobrevivir meses sin agua, solo para volver a ponerse verdes después de un breve aguacero. Un estudio reciente de las Universidades de Bonn y Michigan muestra que esto no se debe a un «gen milagroso». Más bien, esta capacidad es consecuencia de toda una red de genes, casi todos los cuales también están presentes en las variedades más vulnerables. Los resultados ya han aparecido en línea con anticipación en la revista «The Plant Journal». Próximamente se publicará la edición impresa.
En su estudio, los investigadores observaron de cerca una especie que se ha estudiado durante mucho tiempo en la Universidad de Bonn: la planta de resurrección Craterostigma plantagineum. Lleva su nombre con mucha razón: en tiempos de sequía, uno podría pensar que está muerto. Pero incluso después de meses de sequía, un poco de agua es suficiente para revivirlo. «En nuestro instituto, hemos estado estudiando cómo la planta hace esto durante muchos años», explica la Prof. Dra. Dorothea Bartels del Instituto de Fisiología Molecular y Biotecnología de las Plantas (IMBIO) de la Universidad de Bonn.
Sus intereses incluyen los genes que son responsables de la tolerancia a la sequía. Se hizo cada vez más claro que esta capacidad no es el resultado de un solo «gen milagroso». En cambio, están involucrados muchos genes, la mayoría de los cuales también se encuentran en especies que no soportan tan bien la sequía.
La planta tiene ocho copias de cada cromosoma.
En el estudio actual, el equipo de Bartel, junto con investigadores de la Universidad de Michigan (EE.UU.), analizó el genoma completo de Craterostigma plantagineum. Y esto es bastante complejo: mientras que la mayoría de los animales tienen dos copias de cada cromosoma, una de la madre y otra del padre, Craterostigma tiene ocho. Tal genoma «óctuple» también se llama octoploide. Los 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 es eso? Una razón probable: si un gen está presente en ocho copias en lugar de 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 Craterostigma, algunos genes asociados con una mayor tolerancia a la sequía se replican aún más. Estos incluyen los llamados ELIP, el acrónimo significa «proteínas inducibles por luz temprana», 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.
Las especies sensibles a la sequía suelen tener los mismos genes, aunque en menor número de copias. Esto tampoco es sorprendente: las semillas y el polen de la mayoría de las plantas a menudo aún pueden germinar después de largos períodos sin agua. Entonces también tienen un programa genético para proteger contra la sequía. “Sin embargo, este programa normalmente se apaga en la germinación y no se puede reactivar después”, explica el botánico. «En las plantas de resurrección, en cambio, permanece activo».
La mayoría de las especies «pueden hacer» tolerancia a la sequía
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.
Dicho esto, 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 que en las hojas. Este hallazgo no es inesperado: las hojas, por ejemplo, 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 la sequía. A largo plazo, por lo tanto, podría contribuir a la mejora de cultivos como el trigo o el maíz que soportan mejor la sequía. En tiempos de cambio climático, es probable que estos tengan una mayor demanda que nunca en el futuro.
Instituciones participantes y financiación:
Además de la Universidad de Bonn, la Universidad Estatal de Michigan (EE. UU.) y la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf participaron en el estudio. El trabajo fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF) y la Fundación Alemana de Investigación (DFG).
