El cambio climático estresa a las plantas, obligándolas a apagar la maquinaria celular que las ayuda a crecer. Crédito:Shutterstock
Las plantas que habitan la Tierra tienen la increíble capacidad de crecer continuamente durante cientos de años, y siempre hacia la luz del sol, que les proporciona la energía necesaria para brotar.
La fuente de este crecimiento son los cambios en su entorno, como las variaciones de luz, temperatura y humedad. Pero los nuevos estímulos de los cambios climáticos actuales están interrumpiendo el crecimiento normal de las plantas.
Como candidato a doctorado en bioquímica en la Universidad de Québec en Montreal, estoy interesado en la estructura de las proteínas vegetales y estudio las formas en que las plantas se adaptan al estrés ambiental (sequía, frío, deficiencias) a nivel molecular para seleccionar más resistentes. variantes para la agricultura.
La longevidad inigualable de Pando
El bosque más antiguo del planeta, llamado Pando, tiene 80.000 años. Ubicado en Utah, contiene 40,000 genéticamente idénticos (clones) de álamos temblorosos o temblorosos. La colonia se comunica a través de una única red raíz.
Pando es considerado el organismo vivo más antiguo del mundo. Esta colonia se originó 30.000 años antes del primer Homo sapiens asentado en Europa. Pando, por tanto, ha sido testigo de la totalidad de la vida humana moderna:los imperios de China y Roma, las guerras mundiales y también las mayores hazañas de la humanidad.
Sin embargo, los chopos de la colonia no crecen sin parar desde hace 80.000 años. Por un lado, su desarrollo está orquestado por las estaciones. Por otro lado, deben controlar su crecimiento evolutivo de acuerdo a sus necesidades y capacidades físicas para enfrentar las agresiones externas. Al interrumpir los estímulos ambientales externos, la crisis climática actual afecta directamente esta regulación normal del crecimiento.
Álamos temblones idénticos en el Bosque Nacional Fishlake, Utah. Con 80.000 años de antigüedad, Pando es uno de los bosques más antiguos del mundo. Crédito:Shutterstock
El secreto del crecimiento de las plantas está enterrado en la célula
Las plantas forman nuevos órganos, como hojas, flores o raíces, según sea necesario para responder a un estímulo externo del entorno. Por ejemplo, un cambio en el período de exposición a la luz durante la primavera desencadena la floración.
Estos estímulos se dirigen al ADN activando genes específicos para el desarrollo de cada órgano hasta formar una planta adulta. El ADN es comparable a un diccionario de genes que contiene el código de las peculiaridades físicas de la planta. Estos genes son las palabras vivas que deben leerse para expresar su significado y la información que contienen.
Desde la germinación de las semillas hasta la reproducción de las flores y la formación de tallos, raíces y hojas, todas las etapas del desarrollo y crecimiento de las plantas se deben a un fenómeno de lectura de genes. Para leer los genes se necesitan activadores específicos para cada una de las palabras. Si las condiciones ambientales cambian y conducen al crecimiento, estos activadores se colocan al frente del gen para leerlo y expresarlo, y conducir al crecimiento específico del órgano codificado por el gen.
La activación génica está ligada al crecimiento de las plantas gracias a la acción de los activadores del crecimiento. Crédito:(Souleïmen Jmii
Las proteínas DELLA determinan el crecimiento
Las plantas no pueden darse el lujo de crecer indefinidamente debido a los costos energéticos del crecimiento. Además, al igual que los animales que hibernan, las plantas dejan de crecer durante el invierno y se vuelven inactivas para sobrevivir la temporada. Para ello, las plantas bloquean la lectura de genes gracias a unas salvaguardas llamadas proteínas DELLA.
Encontradas solo en plantas, estas proteínas han sido constantes a lo largo de la evolución. Se encuentran particularmente en musgos, helechos, coníferas y plantas con flores. Los DELLA están ubicados en el núcleo celular, más cerca del ADN. Se producen continuamente y pueden bloquear los activadores de genes.
Para madurar, las plantas deben destruir los DELLA para liberar los activadores. Las plantas han desarrollado un sistema de etiquetado de estas proteínas para influir en su destino en la célula según sus necesidades. Para degradar los DELLA, la célula agrega una pequeña proteína, llamada ubiquitina, a su superficie. La ubiquitina actúa como un sello postal que le dice a la célula que entregue los DELLA a un nuevo destino, un "bote de basura celular", donde serán degradados.
Bloqueo del crecimiento mediante el secuestro de activadores, gracias a las proteínas DELLA. Crédito:Souleïmen Jmii
La degradación de las proteínas DELLA a través del marcaje con ubiquitina (Ub). Crédito:Souleïmen Jmii
El estrés climático bloquea la degradación de DELLA
Las inundaciones o sequías están aumentando en todo el planeta. Debido a su inmovilidad, las plantas no pueden huir de estos ataques externos. Estos nuevos parámetros ambientales estresan a las plantas silvestres y los cultivos agrícolas al interrumpir su crecimiento, lo que significa que deben ahorrar energía para sobrevivir en lugar de crecer, y no deben degradar las proteínas DELLA.
Esto requiere que las proteínas DELLA se marquen de otra manera, a través de un primo de la ubiquitina, que los científicos han llamado SUMO. SUMO reemplaza a la ubiquitina y sirve como salvavidas para que no se degrade.
Competencia entre ubiquitina (Ub) y SUMO en el mismo sitio de marcaje. Crédito:Souleïmen Jmii)
De hecho, el etiquetado SUMO se realiza exactamente en el mismo lugar donde se debe agregar la ubiquitina. La presencia de SUMO ya no permite agregar ubiquitina, lo que permite que las plantas sobrevivan a eventos climáticos adversos.
En la crisis climática actual, es importante investigar y comprender este mecanismo de crecimiento de las plantas con la esperanza de mantener la sostenibilidad en los cultivos agrícolas. Los investigadores están trabajando activamente para aislar o seleccionar plantas capaces de activar SUMO rápidamente para crecer en condiciones ambientales adversas.
