lunes, 17 de abril de 2017

La importancia del silicio en la resistencia a la sequía en el trigo

El estrés por sequía es una de las grandes preocupaciones del sector agrícola debido a que el cambio climático provocará que grandes regiones del mundo vean reducidas sus precipitaciones anuales de forma drástica.
Una de las soluciones para mitigar este problema (que no solucionarlo) es seleccionar cultivos adaptados a la sequía, estudiar las interacciones de estos cultivos con el suelo así como estudiar el papel de los distintos elementos minerales del suelo para poder manejar los requisitos nutricionales de la forma más óptima posible.
Concretamente el Sílice es el elemento más abundante en la tierra después del oxígeno, y tiene una concentración muy importante en el tallo de la mayoría de las plantas terrestres (entre el 1 y el 10% de su peso seco), especialmente de los cereales. Aunque el sílice no se le considera un nutriente esencial, se considera muy beneficioso para las plantas bajo estrés biótico (provocado por organismos vivos como insectos, bacterias..) o abiótico (sequía, heladas..).

El sílice se acumula en las plantas en forma de los llamados fitolitos, y su concentración varía en función de la disponibilidad de agua o la temperatura. Sin embargo, el efecto beneficioso del sílice en las plantas aún no está claro, se sospecha que influye en el equilibrio hídrico de la planta, el ajuste osmótico, la fotosíntesis, la defensa antioxidante o el balance de nutrientes.
Para indagar en el papel del Sílice en las plantas, concretamente en el trigo, un grupo de científicos franceses han desarrollado una investigación cuyos resultados acaban de publicar en un artículo en la prestigiosa revista New Phytologist, que puedes leer en este link, pero que te explico brevemente a continuación.

¿Cómo lo han hecho?

Han monitorizado el crecimiento y los parámetros fisiológicos de plantas de trigo en cultivo hidropónico con las que han simulado que estaban en condiciones de sequía. Además han determinado dónde y cómo se localizaba el silicio y concretamente los fitolitos. 
Han monitorizado las diferentes formas que tomaban estos fitolitos en las diferentes partes de la planta en las diferentes condiciones de sequía, mediante microscopio óptico convencional y mediante una digestión/extracción ácida.
Además, mediante técnicas más complejas han podido realizar un análisis de los fitolitos in situ mediante técnicas de imágenes con rayos X. Además han conseguido realizar interesantísimos análisis de imágenes combinando espectroscopía de fluorescencia en 2D con imágenes 3D usando tomografía computarizada.
Para simular el estrés a sequía aplicaron Polietilenglicol, también llamado PEG. En estas condiciones de sequía simulada observaron que las plantas a las que se aplicaba sílice resistían mucho mejor la sequía, manteniendo la cantidad de agua en la planta. Observaron además que se reducía la transpiración de las hojas, por lo que se reducía la cantidad de agua que perdía la planta.
Además, observaron que las plantas sometidas a la sequía producían muchos más tricomas (pelitos de las plantas), y en ellas se concentraba parte del silicio (cuya función es endurecerlos). Lo más curioso es que, en condiciones de disponibilidad de silicio, éste se concentraba tanto en estos tricomas como en las venas de las plantas, pero si no tenían suficiente silicio, lo enviaban exclusivamente a las venas. Es decir, en caso de sequía solamente llenaban los tricomas de silicio cuando tenían suficiente, dándole prioridad absoluta a las venas. ¿Pero por qué a las venas?


Conclusión.

La conclusión a las que llegaron estos investigadores es que la planta llena las venas de las plantas de silicio en caso de sequía para mantener a la planta rígida (para reforzar “la arquitectura general de la planta”), es decir, para que cuando faltara agua no se pusieran “mustias” y poder así resistir mejor la sequía.



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domingo, 9 de abril de 2017

Estrigogalactonas, hormonas vitales en la relación planta-microorganismos.

Aunque el objetivo del blog ha sido siempre describir de forma amena artículos científicos sobre un estudio en concreto, en este caso voy a explicar un muy buen artículo de revisión  sobre las estrigogalactonas, una de las hormonas que más están dando que hablar en la actualidad. El artículo en sí (que podéis encontrar en este link) acaba de ser publicado en  la importante revista Trends in Plant Science y ha sido escrita por tres especialistas en el tema (Juan A.López-Ráez, Ken Shirasu y Eloise Foo).  
Las estrigogalactonas son un tipo de sustancia que tiene una doble función, por una parte actúan como hormona vegetal (se ha demostrado que regula la ramificación del tallo y de las raíces de las plantas, el crecimiento secundario, la caída de las hojas y más recientemente que actúa como respuesta al estrés de las plantas). Por otra parte son importantes moléculas “señal” fuera de la planta (de hecho fue la función que se descubrió por primera vez). Las plantas segregan estrigogalactonas por sus raíces para comunicarse con los microorganismos de la “rizosfera” (la parte de suelo en contacto con las raíces de las plantas, con una gran importancia vital en su desarrollo, por la cantidad de microorganismos que viven en ella, en este otro artículo os cuento más sobre ella). Un ejemplo es que el musgo Physcomitrella patents las emite para regular la extensión de sus poblaciones.

La importancia de las estrigogalactonas en las micorrizas.

Las micorrizas son la simbiosis entre unos tipos de hongos y las plantas. En esta simbiosis ambos organismos salen beneficiados, ya que la planta recibe del hongo agua, sales minerales y le ayuda extender el radio de acción de sus raíces además de combatir a otros hongos que podrían producir enfermedades. Por otra parte, el hongo recibe de la planta hidratos de carbono, vitaminas y otras sustancias que no podría sintetizar por sí mismo. Si queréis saber más sobre las micorrizas podéis leer este otro artículo del blog
Se ha demostrado que las estrigogalactonas sirven de atrayente de los hongos micorrícicos, mejorando la germinación de las esporas del hongo y su actividad metabólica, así como la ramificación de las hifas del hongo, lo que aumenta las posibilidades de contacto entre las raíces de la planta y el hongo. Además se ha visto que cuando los hongos perciben estas moléculas, ellos producen una sustancia (oligómeros de cadenas cortas de quitina) que cuando es detectada por la planta, ésta activa unos genes que facilitan la micorrización.
Pero no solo  son importantes con las micorrizas, se ha visto que también son una señal importante en la simbiosis de las bacterias llamadas Rhizobium con las leguminosas. Sin entrar en detalle, gracias a esta simbiosis, las leguminosas (como los frijoles, judías, guisantes, etc.) son capaces de fijar el nitrógeno que hay en la atmósfera, uno de los nutrientes fundamentales para las plantas.
Además se ha visto que las estrigogalactonas tienen una gran influencia en otros microorganismos beneficiosos para las plantas, como los hongos trichoderma o las bacterias beneficiosas de la rizosfera, también llamadas PGPR.

El lado oscuro de las estrigogalactonas.

Pero como todo en la vida, nada es completamente positivo. La primera vez que se descubrieron estas moléculas fue en 1960, como una señal que utilizan las plantas parásitas para encontrar otras plantas y así parasitarlas. Este tipo de plantas de los géneros Striga, Orobanche, and Phelipanche, son plantas parásitas obligadas, es decir, no pueden vivir sin “comer” de otra planta. Aunque parezca algo ocasional, hay zonas de África y del Mediterráneo que puede suponer el 70%  de las pérdidas de producción de los cultivos. Se ha visto que este tipo de moléculas son detectadas por las plantas parásitas para “oler” a sus hospedantes y así asegurarse de germinar donde hay plantas que puedan hospedar y así sobrevivir.
Incluso se han estudiado las estrigogalactonas como una herramienta contra este tipo de plantas, ya sea regando con ellas los campos de cultivo antes de sembrar (y así inducir su crecimiento y matarlas) o aplicando inhibidores de estrigogalactonas y así evitar que las plantas parásitas aparezcan.

Conclusiones

Uno de los retos de la agricultura del siglo XXI es desarrollar herramientas medioambientalmente sostenibles reduciendo el uso de químicos de síntesis. Una de estas herramientas son los microorganismos beneficiosos, como las PGPR, Micorrizas, Rhizobium o Trichoderma. El conocimiento de los factores, como las estrigogalactonas, que afectan a las relaciones de estos microorganismos con las plantas resultarán vitales para su desarrollo biotecnológico a gran escala.

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