La planta modelo Arabidopsis thaliana que se ha utilizado en el estudio (Crédito: CRAG).

Un equipo investigador liderado por Núria Sánchez-Coll, investigadora del CSIC en el Centro de Investigación en Agrigenómica (CRAG), ha caracterizado por primera vez la función de AtMC3, una proteína de la familia de las metacaspasas implicada en la tolerancia a la sequía en la planta modelo Arabidopsis thaliana.

El trabajo, publicado en la revista New Phytologist en colaboración con varios centros de investigación y universidades internacionales, destaca la importancia del tejido vascular para que las plantas puedan hacer frente a las condiciones adversas asociadas a la escasez de agua y el estrés osmótico.

Las plantas, como organismos sésiles que no se pueden mover como lo hacen los animales, han desarrollado formas de soportar la escasez de agua y los períodos de estrés por sequía. Sin embargo, el aumento de los fenómenos de sequía a causa de la crisis climática supone una grave amenaza para la productividad agrícola.

EL SISTEMA VASCULAR VEGETAL

Las plantas dependen de su sistema vascular que conecta órganos lejanos para coordinar una respuesta eficiente a la privación de agua a nivel de todo el organismo. Los componentes principales del tejido vascular son el xilema y el floema, tejidos que transportan internamente fluidos y nutrientes. Mientras que el xilema transporta agua y nutrientes hacia arriba desde las raíces hasta los tallos y las hojas, el floema distribuye los compuestos producidos en las hojas durante la fotosíntesis hacia el resto de la planta.

En este trabajo, el equipo investigador del CRAG ha determinado por primera vez que la proteína AtMC3 se localiza exclusivamente en la parte del floema. Más concretamente, AtMC3 se encuentra en un tipo de células particulares de la vasculatura, llamadas células acompañantes que soportan metabólicamente las principales células de transporte del floema, tal y como se observa en las imágenes de microscopía de fluorescencia de la punta de la raíz.

Ejemplo de uno de los experimentos donde se han crecido plantas de Arabidopsis thaliana en condiciones de escasez de agua (Crédito: CRAG).

Cuando la planta se enfrenta al estrés por sequía, se sintetizan varias moléculas de señalización, como por ejemplo la hormona llamada ácido abscísico (ABA), que se transportan a todos los tejidos para desencadenar una serie de respuestas fisiológicas que protegerán la planta. En este estudio se ha visto que las plantas que no tienen AtMC3 son menos sensibles al ABA y, por tanto, disminuye su capacidad para hacer frente al estrés por sequía. Además, los niveles alterados de la proteína AtMC3 conducen a una alteración en la acumulación de proteínas relacionadas con el estrés, así como defectos en el desarrollo vascular en condiciones de estrés. Esto sugiere que AtMC3 desempeña un papel importante en la respuesta de las plantas al estrés osmótico y señala un posible nuevo papel de las células acompañantes en la detección de este estrés. Además, el estudio apunta que los cambios asociados al floema podrían tener un papel relevante y convertirse en una herramienta útil para estudiar las respuestas de las plantas a la sequía.

TOLERANCIA A LA SEQUÍA

Cuando los investigadores incrementaron los niveles de la proteína AtMC3, las plantas aumentaron la tasa de supervivencia en condiciones de escasez de agua así como también su habilidad de realizar la fotosíntesis, lo que indica que AtMC3 por sí sola es capaz de conferir un incremento en la tolerancia a la sequía. Más importante aún, los niveles alterados de esta proteína no provocaron ningún cambio perjudicial en el crecimiento de las plantas, lo que “es un hallazgo clave para poder ajustar las respuestas tempranas a la sequía a nivel de toda la planta sin afectar al crecimiento o el rendimiento de los cultivos”, afirma Eugenia Pitsili, primera autora del estudio y antigua investigadora del CRAG, que actualmente es investigadora posdoctoral en el VIB-UGent Center for Plant Systems Biology en Bélgica.

El papel de AtMC3 en el estrés por sequía concuerda perfectamente con la función descrita en otras proteínas de la misma familia, relacionadas con respuestas a otros tipos de estrés como el causado por patógenos o heridas. Este trabajo abre la puerta a futuros estudios para determinar el mecanismo exacto de acción de esta proteína y poder así evaluar si podría tener una aplicación en cultivos de interés agronómico.

Comprender los mecanismos que son específicos de cada tejido de la planta durante el proceso tan complejo de respuesta a la escasez de agua es clave para desarrollar nuevas herramientas para traducir este conocimiento en aplicaciones biotecnológicas. Estas nuevas herramientas serán cruciales para mejorar el rendimiento de los cultivos en el campo en un contexto de crisis climática.


Artículo de referencia: Pitsili, E., et al. A phloem-localized Arabidopsis metacaspase (AtMC3) improves drought tolerance. New Phytol. (2023). https://doi.org/10.1111/nph.19022

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