Un mecanismo biológico familiar para las personas que ayunan ayuda a que las raíces de las plantas se fortalezcan. El descubrimiento realizado por científicos de la Universidad de Copenhague proporciona una respuesta a una pregunta que lleva mucho tiempo sin respuesta y una comprensión más profunda de las "bocas" de las plantas que pueden ayudar a desarrollar cultivos resistentes al clima.
Imagínate comer con los pies y tener la mitad del cuerpo bajo tierra. Así es la vida de la mayoría de las plantas, con raíces como bocas a través de las cuales comen y beben. Las raíces también sirven para anclar las plantas y mantenerlas a salvo del viento y la lluvia. De hecho, las raíces son fundamentales para la vida de una planta.
Pero aún se desconocen muchas cosas sobre la vida de las plantas. Cómo hacen que sus raíces crezcan grandes y fuertes ha sido una pregunta durante mucho tiempo y faltan piezas clave en el rompecabezas.
En un nuevo estudio publicado recientemente, investigadores del Departamento de Biología de la Universidad de Copenhague comparten su descubrimiento sobre cómo las plantas controlan el crecimiento de las raíces.
Resulta que un mecanismo de limpieza beneficioso en las células vegetales llamado autofagia desempeña un papel clave. El mismo mecanismo existe en los humanos y es parte de una tendencia de salud popular.
"El ayuno se ha vuelto popular porque parece tener una variedad de efectos que promueven la salud en los humanos, ya que los períodos sin comida hacen que el cuerpo active procesos de limpieza para eliminar diversos productos de desecho en las células. En nuestro estudio, hemos demostrado que el mismo mecanismo, que también existe en el reino vegetal, juega un papel vital en la capacidad de las raíces de las plantas para crecer y absorber agua y nutrientes para el resto de la planta", explica el profesor asistente Eleazar Rodríguez del Departamento de Biología, quien dirigió el estudio.
Se sabe desde hace mucho tiempo que las auxinas, una hormona vegetal, controlan el crecimiento de las plantas, incluido el crecimiento de las raíces. La auxina es un combustible para una especie de "latido del corazón" que late en todas y cada una de las puntas de las raíces de una planta. Aproximadamente cada cuatro a seis horas, los niveles de auxinas y los latidos del corazón en las raíces de una planta alcanzan un máximo que hace que crezcan nuevas raíces.
"El movimiento de una raíz es casi como ver una serpiente deslizándose hacia adelante en busca de agua y alimento en el suelo. Y podemos ver que el latido del corazón es más fuerte cada vez que la raíz avanza", dice Rodríguez.
Pero cómo las plantas controlan los latidos de su corazón para optimizar el crecimiento de las raíces sigue siendo una pregunta sin respuesta. Aquí es donde entra en escena el mecanismo de limpieza interna de la planta.
"En nuestros experimentos, desactivamos el mecanismo de limpieza para comprender su importancia. Imagínese si todos los recolectores de basura de Copenhague se declararan en huelga; no pasaría mucho tiempo antes de que la basura llenara las calles. Lo mismo sucedió en las células de la planta, como los latidos del corazón que impulsan el crecimiento de las raíces se volvieron mucho más débiles y se desincronizaron", explica Rodríguez.
Hacer esto permitió a los investigadores concluir que el mecanismo de limpieza ayuda a mantener los niveles de diferentes componentes bioquímicos en perfecto equilibrio para proporcionar el crecimiento más eficiente de las raíces.
Puede ayudar a germinar nuevos cultivos resistentes al clima
Según los investigadores, los nuevos conocimientos sobre las raíces de las plantas pueden resultar importantes en la lucha contra el cambio climático. Los períodos prolongados de sequía e inundaciones son una nueva normalidad que impone mayores exigencias a la seguridad alimentaria. Como tal, las raíces de los cultivos, que deben poder crecer incluso en estas duras condiciones.
"Hoy en día se encuentran disponibles numerosos métodos para cambiar las características genéticas de las plantas. Estos pueden usarse para lograr que las plantas desarrollen raíces más largas y más rápido y, al hacerlo, se vuelvan más resistentes a las sequías o inundaciones. Uno de los métodos cuenta con la ayuda de bacterias que viven en simbiosis con la planta y pueden hacer que ésta cambie su patrón de crecimiento. Varias empresas en Dinamarca están trabajando en esto en este momento", explica Ph.D. estudiante Jeppe Ansbøl, coautor del estudio.
Los nuevos conocimientos se aplican a todas las plantas con flores y quizás a más, según el investigador. En principio, cultivos como tomates, patatas, arroz, trigo y maíz podrían modificarse para que crezcan más raíces y más densas, porque ahora sabemos cómo las plantas consiguen que crezcan sus raíces.
"Cuantas más raíces tengan las plantas, más agua y nutrientes pueden absorber, por lo que crecen mejor y más rápido. Dependemos en gran medida de las plantas porque nos alimentan y extraen CO2 de la atmósfera y producen el oxígeno que respiramos. Por eso es muy importante entenderlos en su totalidad, por lo que acabamos de dar un gran paso adelante", concluye Rodríguez.
Autofagia significa "comerse a sí mismo" y es un mecanismo clave cuando las plantas desarrollan raíces. Para investigar la importancia de la autofagia, los investigadores desarrollaron una planta Arabidopsis (thale berro) mutante en la que su autofagia estaba desactivada.
Al mismo tiempo, hicieron luminiscente la proteína ARF7, que es la proteína que controla las respuestas de las auxinas y que los recolectores de basura de las células vegetales limpian para proporcionar un crecimiento óptimo de las raíces. Los recolectores de basura de la planta recogen los desechos de las células y los transportan a una especie de estación de reciclaje en la planta llamada vacuola.
"Cuando interrumpimos la autofagia de la planta, había desechos por todas partes y pudimos detectar la proteína ARF7 entre los desechos", dice Rodríguez.
Más información: Elise Ebstrup et al, la autofagia selectiva de ARF7 mediada por NBR1 modula la ramificación de la raíz, EMBO Reports (2024). DOI:10.1038/s44319-024-00142-5
Información de la revista: Informes EMBO
Proporcionado por la Universidad de Copenhague
