Un estudio revela que el calor debilita el sistema inmunológico de las plantas
Existe incertidumbre entre los científicos de todo el mundo sobre por qué las defensas de las plantas frente a los patógenos se debilitan con el aumento de las temperaturas. Sin embargo, la solución podría estar en la genética.
Los científicos llevan mucho tiempo tratando de comprender por qué las plantas se vuelven más vulnerables a las enfermedades cuando suben las temperaturas.
Aunque se están llevando a cabo investigaciones al respecto, un grupo de investigadores de universidades de todo el mundo buscó formas de restaurar la capacidad de las plantas para defenderse de los patógenos en climas cálidos.
A medida que se acelera el cambio climático, nos veremos presionados para aprender cosas en el laboratorio y trasladarlas al campo más rápidamente. No veo cómo vamos a hacerlo sin una mayor aceptación de las plantas modificadas genéticamente.
«Las plantas contraen muchas más infecciones a temperaturas cálidas porque su nivel de inmunidad basal es más bajo», afirmó Sheng-Yang He, biólogo vegetal de la Universidad de Duke que dirigió el equipo de investigación. «Así que queríamos saber: ¿cómo perciben las plantas el calor? ¿Y podemos realmente solucionarlo para que las plantas sean resistentes al calor?».
El estudio, publicado en Nature, se centró en la Arabidopsis thaliana, una modesta maleza conocida popularmente como «berro de oreja de ratón», considerada la «rata de laboratorio de las plantas» por los biólogos vegetales. La Arabidopsis thaliana crece en los bordes de las carreteras, caminos abiertos y solares vacíos, y se utiliza en experimentos en todo el mundo debido a su ciclo de vida corto y a su genoma breve y fácil de modificar.
Véase también: El estudio de las reacciones de las plantas a los factores de estrés ambiental, clave para la agricultura sostenibleLos científicos afirmaron que la principal hormona de defensa de Arabidopsis thaliana es el ácido salicílico, que utilizan muchas plantas, incluidos los principales cultivos, para resistir a las enfermedades. Sin embargo, la producción de ácido salicílico puede verse alterada cuando las temperaturas suben unos pocos grados.
«Las condiciones meteorológicas extremas asociadas al cambio climático afectan a muchos aspectos de la vida vegetal y animal, incluida la respuesta a las enfermedades infecciosas», escribieron los investigadores. «La producción de ácido salicílico, una hormona de defensa vegetal fundamental, es especialmente vulnerable a la supresión por breves periodos de calor por encima del rango de temperatura normal de crecimiento de las plantas, a través de un mecanismo desconocido».
Tras años de trabajo de laboratorio, los investigadores aislaron el gen CBP60g, que puede inhibir la producción de la hormona del ácido salicílico en las plantas cuando suben las temperaturas, neutralizando su mecanismo de defensa. La solución consistió en eludir genéticamente el gen para restaurar la defensa de la planta a temperaturas más altas.
«Se trató de un esfuerzo de varios años y en el que participaron múltiples instituciones», declaró a Olive Oil Times Christian Danve Castroverde, biólogo de la Universidad Wilfrid Laurier de Canadá y coautor del estudio.
«En 2013, [descubrimos] que breves periodos de altas temperaturas afectaban drásticamente a las defensas hormonales de las plantas de Arabidopsis frente a la infección por una bacteria llamada Pseudomonas syringae», añadió. «Tras varios años más, finalmente logramos identificar la base molecular de cómo las condiciones de temperatura cálida suprimen la inmunidad de Arabidopsis».
Los investigadores eludieron el gen en el laboratorio añadiendo un «promotor». La breve secuencia de ADN obliga al gen a transcribirse (copiar la secuencia de ADN en una molécula de ARN), restaurando la capacidad de Arabidopsis thaliana para producir la hormona ácido salicílico.
«Al incluir el receptor de ácido salicílico y los genes biosintéticos, la expresión optimizada de CBP60g fue suficiente para restaurar ampliamente la producción de ácido salicílico, la inmunidad basal y la inmunidad desencadenada por efectores a la temperatura de crecimiento elevada sin sacrificios significativos en el crecimiento», escribieron los investigadores.
Véase también: Investigadores trabajan para identificar las variedades de olivo mejor adaptadas a temperaturas más altasEl equipo ha comenzado a probar la modificación genética en cultivos alimentarios como la colza. También tienen previsto experimentar con más cultivos, entre ellos el trigo y la patata. Sin embargo, Castroverde señaló que se requiere una cantidad significativa de investigación de campo antes de aplicar la solución a gran escala.
«Muchas plantas tienen genes similares al CBP60g, y muchas de ellas tienen la capacidad de producir ácido salicílico», dijo. «Parece que las plantas ya cuentan con un arma en su arsenal. Nuestro reto ahora es simplemente aprovechar este poder. En cuanto a las aplicaciones agrícolas, creo que tenemos que esperar hasta obtener resultados satisfactorios en los ensayos de campo».
No obstante, la solución específica propuesta por el equipo de investigación para restaurar el sistema inmunitario de las plantas presupone que los consumidores estén dispuestos a aceptar una mayor manipulación genética de sus alimentos.
«A medida que se acelera el cambio climático, nos veremos presionados para aprender cosas en el laboratorio y trasladarlas al campo más rápidamente», afirmó Marc Nishimura, experto en inmunidad vegetal de la Universidad Estatal de Colorado, que no participó en la investigación. «No veo cómo vamos a hacerlo sin una mayor aceptación de las plantas modificadas genéticamente».
Otro estudio publicado en junio por investigadores de la Universidad China de Hong Kong advertía de que el rendimiento de los cultivos podría disminuir en un 20 % a nivel mundial para 2050 debido a la contaminación por ozono y a los efectos del cambio climático
A pesar de su éxito en la restauración de la defensa de la Arabidopsis thaliana contra el calor, los investigadores destacaron que la falta de conocimiento sobre cómo el calentamiento climático influye en la eficacia del sistema inmunológico de las plantas es «una preocupación clave para la productividad agrícola futura, la preservación de los ecosistemas y la aparición de nuevas pandemias de enfermedades vegetales».
Sin embargo, añadieron que sus resultados apuntan a que los cultivos serán más resistentes en el futuro.
«Hemos conseguido que todo el sistema inmunológico de la planta sea más robusto a temperaturas cálidas», afirmó He, el biólogo vegetal de Duke. «Si esto también es válido para los cultivos, sería algo realmente importante, porque entonces dispondríamos de un arma muy poderosa».