Los científicos descubren el mecanismo que usan las plantas para controlar las ‘bocas’

Debido a que la respiración suele ser involuntaria, a veces olvidamos lo complicado que es. Pero los biólogos están obteniendo nuevos conocimientos sobre el intrincado proceso de las plantas, con grandes implicaciones sobre cómo alimentaremos al mundo en el futuro.

Investigadores de la Universidad de California en San Diego, junto con colaboradores en Estonia y Finlandia, han descubierto una vía molecular elusiva que usan las plantas para dirigir su «respiración» desde dióxido de carbono🇧🇷 Los investigadores esperan que el aprovechamiento de este mecanismo pueda conducir a la ingeniería futura de la eficiencia del uso del agua de las plantas y la absorción de carbono, tan críticos como el carbono atmosférico. dióxido la concentración sigue aumentando. De hecho, los investigadores han presentado una patente y están buscando formas de traducir sus descubrimientos en herramientas para hacedores de cultura y agricultores.

La investigación fue publicada hoy en avances en la ciencia🇧🇷

Estomas, ¿y qué?

Las plantas absorben dióxido de carbono y agua y luego usan la luz para transformarlos en los nutrientes que necesitan para crecer. Este proceso también emite oxígeno, que los humanos y otros animales respiran. Este es el resumen básico de la fotosíntesis. Pero, ¿cómo funciona exactamente?

El proceso se vuelve un poco más claro en el nivel microscópico🇧🇷 En la parte inferior de las hojas y en otros lugares, dependiendo de la planta, hay pequeñas aberturas llamadas estomas, miles de ellas por hoja con variaciones en especies de plantas🇧🇷 Como pequeñas puertas de castillo, pares de células a los lados del poro estomático – conocido como celdas de guarda– abren su poro central para absorber dióxido de carbono. Sin embargo, cuando los estomas están abiertos, el interior de la planta queda expuesto a los elementos y el agua de la planta se pierde en el aire circundante, lo que puede secar la planta. Por lo tanto, las plantas deben equilibrar la ingesta de dióxido de carbono con la pérdida de vapor de agua controlando cuánto tiempo permanecen abiertos los estomas.

“Responder al cambio es fundamental para crecimiento de la planta y regula la eficiencia de la planta en el uso del agua, lo cual es importante ya que vemos un aumento de la sequía y el aumento de las temperaturas», dijo Julian Schroeder, presidente del Instituto de Investigación Torrey Mesa en Ciencias de las Plantas en UC San Diego, que dirigió la nueva investigación. .

A medida que cambia el clima, tanto la concentración de dióxido de carbono atmosférico como la aumento de temperatura, afectando el equilibrio entre la entrada de dióxido de carbono y la pérdida de vapor de agua a través de los estomas. Si las plantas, especialmente cultivos como el trigo, el arroz y el maíz, no pueden encontrar un nuevo equilibrio, corren el riesgo de secarse, los agricultores corren el riesgo de perder una producción valiosa y más personas en todo el mundo corren el riesgo de morir de hambre. . Incluso con los avances en agricultura, un estudio publicado en 2021 encontró que la productividad agrícola global en los últimos 60 años sigue siendo 21% más bajo de lo que podría haber sido sin el cambio climático.

Los científicos conocen desde hace mucho tiempo los estomas y el equilibrio entre la ingesta de dióxido de carbono y la pérdida de agua. Lo que no sabían, hasta ahora, es cómo las plantas detectan el dióxido de carbono para señalar que los estomas se abren y cierran en respuesta a los niveles cambiantes de dióxido de carbono. Saber esto ahora permitirá a los investigadores editar estas señales, de modo que las plantas puedan encontrar el equilibrio adecuado entre absorber dióxido de carbono y perder agua, y permitirá a los científicos y fitomejoradores producir cultivos lo suficientemente robustos para el medio ambiente del futuro.

llamando a los guardias

Los investigadores identificaron una serie de proteínas que funcionan como una cadena de soldados que detectan el nivel de dióxido de carbono y gritan «¡CIERREN LAS PUERTAS!» para hacer que las células protectoras se relajen y cierren los estomas.

«Descubriendo que CO_dos El sensor en las plantas que se compone de dos proteínas fue esclarecedor y puede ser una de las razones por las que el mecanismo no se había identificado hasta ahora», dijo Schroeder. «El apoyo de la NSF durante las últimas dos décadas ha sido fundamental para identificar esta vía esquiva».

«Este trabajo es un maravilloso ejemplo de investigación impulsada por la curiosidad que reúne múltiples disciplinas, desde la genética hasta el modelado y la Biologia de sistemas— y da como resultado nuevos conocimientos con la capacidad de ayudar a la sociedad, en este caso mediante la obtención de cosechas más sólidas», dijo Matthew Buechner, director de programa en la Dirección de Ciencias Biológicas de la NSF.

En un ambiente bajo en carbono, donde la planta necesita mantener sus estomas abiertos por más tiempo para obtener la cantidad que necesita para la fotosíntesis, una proteína conocida como HT1 activa una enzima que obliga a las células protectoras a hincharse, manteniendo el estoma abierto.

Cuando la planta detecta mayores niveles de carbón dióxido, una segunda proteína evita que la primera mantenga los estomas abiertos y cerrados. Si los estomas se cierran antes de que la planta obtenga suficientes recursos para la fotosíntesis, el rendimiento agrícola puede ser menor o inexistente.

«Determinar cómo plantas controlar su estomas bajo cambio de CO_dos niveles crea un tipo diferente de apertura: una para nuevas vías de investigación y posibilidades para abordar los desafíos sociales», dijo Richard Cyr, director del programa en NSF, quien estudió biología de células vegetales antes de unirse a la agencia.