Las plantas reaccionan al aumento de la temperatura

Unas diminutas aberturas en la superficie de las hojas, conocidas como estomas, permiten a las plantas «respirar» regulando la pérdida de agua por evaporación. Estos poros también gestionan la entrada del dióxido de carbono necesario para la fotosíntesis y el crecimiento.

Desde el siglo XIX, los científicos saben que las plantas ensanchan sus poros estomáticos para liberar vapor de agua, o «sudor», mediante la transpiración, lo que les ayuda a enfriarse. A medida que aumentan las temperaturas globales y las olas de calor, este proceso se considera una defensa crucial contra los daños causados por el calor.

Sin embargo, durante más de un siglo, los biólogos de plantas no han comprendido del todo los mecanismos genéticos y moleculares que impulsan este aumento de la actividad estomática y la transpiración en respuesta a temperaturas más altas.

Investigadores de la UC San Diego descubren dos vías clave en la respuesta de las plantas al aumento de las temperaturas
Ahora, Nattiwong Pankasem, estudiante de doctorado de la UC San Diego, y Julian Schroeder, catedrático, han trazado el mapa de estos mecanismos. Su investigación, publicada en New Phytologist, identifica dos vías que utilizan las plantas para hacer frente al aumento de las temperaturas.

«Con el aumento global de las temperaturas, la agricultura se enfrenta a una clara amenaza de olas de calor», afirma Schroeder. «Esta investigación descubre que el aumento de las temperaturas desencadena la apertura estomática a través de una vía genética. Sin embargo, cuando el calor se intensifica, se activa un segundo mecanismo para aumentar aún más la apertura estomática.»

Durante años, los científicos se esforzaron por identificar los mecanismos que subyacen a la apertura estomática impulsada por la temperatura, debido a la complejidad de las mediciones implicadas. El reto consistía en mantener constante la humedad del aire, o diferencia de presión de vapor (VPD), a medida que subían las temperaturas, lo que dificultaba separar las respuestas de la temperatura y la humedad.

Una técnica innovadora descubre los mecanismos genéticos de las respuestas estomáticas al calor

Pankasem abordó este problema desarrollando una nueva técnica para mantener niveles fijos de VPD en las hojas a medida que aumentaban las temperaturas. Esto le permitió desentrañar los mecanismos genéticos implicados en diversas respuestas estomáticas, incluidas las influidas por sensores de luz azul, hormonas de sequía, sensores de dióxido de carbono y proteínas sensibles a la temperatura.

Un factor clave en esta investigación fue el uso de un analizador de intercambio de gases de última generación, que ofrecía un mejor control de la VPD. Esta tecnología permitió a los investigadores estudiar los efectos de la temperatura en la apertura de los estomas sin desprender las hojas de las plantas vivas.

Los resultados revelaron que la respuesta estomática al calentamiento está controlada por un mecanismo que se encuentra en varios linajes de plantas. Pankasem examinó los mecanismos genéticos en dos especies vegetales: Arabidopsis thaliana, una maleza muy estudiada, y Brachypodium distachyon, una planta con flores relacionada con cultivos importantes como el trigo, el maíz y el arroz, lo que ofrece valiosas perspectivas para estas especies agrícolas.

Los sensores de dióxido de carbono desempeñan un papel central en las respuestas estomáticas a la temperatura

Los investigadores identificaron los sensores de dióxido de carbono como la clave de las respuestas estomáticas al calentamiento y al enfriamiento. Estos sensores detectan el rápido calentamiento de las hojas, lo que potencia la fotosíntesis y reduce los niveles de dióxido de carbono, provocando la apertura de los estomas y el aumento de la ingesta de dióxido de carbono.

Curiosamente, también descubrieron una segunda vía de respuesta al calor. En condiciones de calor extremo, la fotosíntesis se estresa y disminuye, lo que hace que la respuesta estomática eluda el sistema sensor de dióxido de carbono y se desconecte de los procesos típicos impulsados por la fotosíntesis. En su lugar, los estomas activan una vía alternativa, que funciona como un mecanismo de refrigeración «por la puerta de atrás» para liberar vapor de agua.

El segundo mecanismo de respuesta al calor reduce la eficiencia del uso del agua en los cultivos

«El segundo mecanismo, en el que los estomas se abren sin beneficiarse de la fotosíntesis, reduce la eficiencia del uso del agua en los cultivos», explica Pankasem. «Nuestro estudio sugiere que las plantas pueden necesitar más agua por cada unidad de CO2 absorbida, lo que tiene implicaciones para la planificación del riego y el impacto del aumento de la transpiración en el ciclo del agua bajo el calentamiento global».

«Esta investigación subraya el valor de la ciencia fundamental, impulsada por la curiosidad, para abordar los retos sociales, mejorar la resiliencia agrícola y avanzar en la bioeconomía», dijo Richard Cyr, director de programa de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos. «Comprender los mecanismos moleculares que controlan la función estomática a temperaturas más altas podría ayudar a desarrollar estrategias para reducir el uso de agua en la agricultura a medida que aumentan las temperaturas globales.»

Pankasem y Schroeder exploran ahora los mecanismos moleculares y genéticos que subyacen a esta vía secundaria de respuesta al calor.

Entre los coautores del estudio figuran Nattiwong Pankasem, Po-Kai Hsu, Bryn Lopez, Peter Franks y Julian Schroeder.

Read the original article on: Phys Org

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