El crecimiento de las raíces mejoró en suelos contaminados con cesio

La resiliencia de las plantas depende de la capacidad de sentir y responder al medio ambiente. Desde el aire que respiran hasta el suelo en el que crecen, las plantas ajustan su crecimiento para prosperar en condiciones específicas. Pero algunos cambios en el entorno no pueden superarse tan fácilmente. Dirigido por Ryoung Shin, el equipo de RIKEN CSRS pregunta qué podemos hacer para ayudar a las plantas cuando su entorno está contaminado con sustancias tóxicas como el cesio.

Contenedor de cesio-137 radiactivo tóxico

A raíz del desastre de la planta nuclear de Fukushima Daiichi en Japón en 2011, los científicos han centrado su atención en comprender cómo reaccionan las plantas al radiocesio, un elemento tóxico liberado al medio ambiente después de accidentes nucleares. Para crecer normalmente, las plantas necesitan absorber potasio del suelo. Sin embargo, cuando el cesio está presente, coopta los canales de potasio o aberturas en la pared celular, lo que bloquea la absorción de potasio y dificulta el crecimiento de las plantas. Sorprendentemente, los intentos anteriores de bloquear la absorción de cesio modificando los canales de potasio tuvieron la consecuencia inesperada de perjudicar el crecimiento de las plantas incluso más de lo que se observó en las plantas con deficiencia de cesio. Esto llevó a los investigadores a plantear la hipótesis de la existencia de vías únicas y específicas para la acumulación de cesio.

Shin y su equipo han estado utilizando perfiles transcriptomas, un método avanzado para examinar la actividad genética en células vegetales en diversas condiciones. En su último estudio, publicado en Planta, los investigadores se centraron en los efectos del cesio.

Compararon el crecimiento y la expresión genética de Arabidopsis thaliana, una planta comúnmente estudiada, bajo dos condiciones estresantes: niveles bajos de potasio y presencia de cesio. El análisis del transcriptoma de tejidos de raíces cultivados bajo estrés bajo en potasio y cesio reveló cambios significativos en el metabolismo y la señalización del ácido abscísico (ABA). Específicamente, el análisis mostró que la señalización de ABA se redujo durante el estrés por cesio, pero no durante el estrés por niveles bajos de potasio. Esto llevó a los investigadores a teorizar que si pudieran forzar el aumento de la señalización ABA, las plantas serían menos vulnerables a la contaminación por cesio.

Mejorar la resistencia de los cultivos al cesio ayudaría a alcanzar tres de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la ONU: 2, 3 y 15

Como experimento de prueba de concepto, probaron plantas mutantes en las que un importante regulador ABA está inactivo. En estas plantas falta el freno habitual de la vía ABA, lo que significa que su señalización ABA continúa sin control en niveles elevados. Estos mutantes mostraron un mayor crecimiento de las raíces bajo estrés por cesio, lo que confirma la importancia de ABA para superar el estrés por cesio y destaca su papel fundamental en la resiliencia de las plantas. «Dado que el crecimiento de los brotes está relacionado con el crecimiento de las raíces, esperamos que también se pueda mejorar el crecimiento general», afirma Shin, «aunque habrá que probarlo en el laboratorio».

Dado que la modernización conduce a una mayor contaminación y liberación de compuestos tóxicos, comprender la resiliencia de las plantas es crucial para salvaguardar la seguridad alimentaria y la salud de los ecosistemas. «Estos hallazgos tienen profundas implicaciones para la agricultura sostenible y la protección del medio ambiente», dice Shin. “En lugar de simplemente bloquear la absorción de cesio, que está relacionada con la absorción de nutrientes, apuntar a vías de transmisión alternativas ofrece una vía prometedora para mejorar la resistencia de los cultivos a los compuestos tóxicos. El futuro de la agricultura se ha vuelto mucho más resiliente”.

Esta investigación contribuye a tres de los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas: Hambre Cero (n.° 2), Buena Salud y Bienestar (n.° 3) y Vida en la Tierra (n.° 15).