Investigadores de la Estación Experimental del Zaidín de Granada, perteneciente al Consejo Superior de Investigaciones Científicas, en colaboración con miembros de la Universidad de Jaén, estudian los procesos naturales de respuesta de las plantas ante situaciones adversas y estresantes. Con el desarrollo de este proyecto se podrá potenciar la resistencia natural a dichas condiciones adversas y, por ello, la productividad de los cultivos mejorará.
El estrés es uno de los principales condicionantes del normal desarrollo en plantas. Existen estreses bióticos, producidos por seres vivos, y abióticos, producidos por agentes inertes. El estrés abiótico puede deberse a contaminación por plaguicidas, por metales pesados, cambios en la salinidad, las altas y bajas temperaturas, la alta intensidad de luz o la sequía. Las plantas responden ante el estrés mediante los sistemas antioxidantes, defensa natural que permite equilibrar los desajustes originados por dichas afecciones externas. La investigación, desarrollada a través de un proyecto de excelencia financiado con 244.356,30 ¿ por la Consejería de Innovación Ciencia y Empresa, abordará el estudio de cultivos tradicionales andaluces como el olivo o el pimiento.
Al iniciarse el estrés, se produce un incremento en la concentración de especies de oxígeno y nitrógeno reactivo (ROS y RNS) dentro de las células de los vegetales. Moléculas como el agua oxigenada pertenecen a este tipo de sustancias y producen daños por oxidación en la planta. A nivel externo, el estrés supone una merma en el desarrollo normal de la planta y por ello en su producción vegetal. Luís Alfonso del Río Legazpi y su grupo de investigadores de la Estación Experimental del Zaidín profundizan en el origen, efectos y consecuencias que, situaciones como la indicada, tienen lugar en las plantas a consecuencia de factores hostiles para el desarrollo de la vida. Lo harán en colaboración con el grupo de investigación de Juan Bautista Barroso Albarracín, del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad de Jaén
Dicha investigación parte del análisis detallado de los fenómenos relacionados con las especies ROS y RNS en las células. Las especies ROS y RNS existen de forma natural en las plantas, son producidas en diferentes fases del metabolismo vegetal e incluso tienen funcionalidad importante en numerosos procesos fisiológicos, como por ejemplo, iniciar la respuesta vegetal ante infecciones bacterianas. Sin embargo, un aumento en la concentración de dichas sustancias supone una situación de estrés debido al elevado carácter oxidativo de estas moléculas. Las células vegetales utilizan los sistemas antioxidantes para equilibrar la concentración de ROS y RNS, mitigando de esta forma el estrés iniciado.
En una situación de estrés abiótico, generada por contaminación por compuestos químicos xenobióticos como plaguicidas, o metales pesados, se produce un incremento de la concentración de ROS y RNS. Si los sistemas antioxidantes no son capaces de reequilibrar las concentraciones de dichas moléculas, el estrés es prolongado y el daño en el desarrollo vegetal considerable. Conocer y mejorar las funciones de los sistemas antioxidantes abrirá gran cantidad de posibilidades para optimizar el cultivo de muchas especies vegetales. En el proyecto dirigido por Luís Alfonso del Río se trabaja con especies de guisante, pimiento, olivo y Arabidopsis thaliana. Ejemplares caracterizados por su rápido crecimiento, sobre los que se estudian distintos procesos bioquímicos, moleculares y celulares asociados al estrés y sobre los que se realizan experimentos de cultivo en diferentes condiciones estresantes.
Por otro lado, las especies de ROS y RNS tienen una importancia añadida. Participan en procesos denominados de ¿señalización celular¿, muy importantes en la fisiología de la planta. Estos procesos de señalización, a través de distintas rutas bioquímicas, cumplen un papel muy importante en la germinación, crecimiento y desarrollo de las plantas, y conducen a la expresión de distintos genes de defensa de las plantas, participando en la respuesta frente a infecciones bacterianas, fúngicas o víricas. Conocer con detalle estos mecanismos de señalización en plantas en situaciones de estrés tendrá aplicaciones positivas en un futuro.
En una primera fase del proyecto se investigarán diversos procesos bioquímicos que tienen lugar en los peroxisomas, orgánulos celulares donde se sitúan diversos sistemas antioxidantes y donde se producen ROS y RNS que son exportados a otras partes de la célula como moléculas señal. Para ello se utilizarán las llamadas técnicas de transcriptómica con microarrays, mediante las que se identifica el material genético que es expresado en una determinada situación. También se identificarán algunas moléculas de los peroxisomas modificadas por el estrés, así como el efecto del estrés abiótico sobre el movimiento de los peroxisomas y su función en la comunicación celular.
En una segunda fase, mediante microscopía confocal láser, técnica con la que se obtienen imágenes tridimensionales de las células, y mediante técnicas de proteómica con las que se identifican las proteínas codificadas por los genes, se localizarán y cuantificarán distintas especies de RNS durante la germinación y el desarrollo, y se identificarán aquellos sistemas celulares y proteínas que reaccionan con las RNS producidas como consecuencia del estrés abiótico. Tras el desarrollo de estas fases iniciales, se procederá a conocer las interacciones con los sistemas antioxidantes, la dinámica de éstos y su actividad. En concreto se profundizará en el antioxidante ascorbato o Vitamina C. Se estudiará su biosíntesis en frutos de pimiento, y se trabajará en la selección de variedades de pimiento con un mayor contenido de vitamina C. Los resultados que se obtengan en este proyecto, centrado en la mejora de las variedades vegetales del olivo, guisante o pimiento, posibilitarán nuevas investigaciones vinculadas con la biotecnología y situaciones de estrés en otros cultivos de agricultura intensiva.
Los sistemas antioxidantes vegetales
Principalmente existen dos tipos de sistemas antioxidantes presentes de forma natural en las células vegetales. Los sistemas enzimáticos con composición proteica como la catalasa, y los sistemas antioxidantes de bajo peso molecular como la vitamina C. Dichos sistemas antioxidantes se encuentran en equilibrio con las moléculas ROS y RNS. Cuando se produce un desequilibrio por incremento de la concentración de estas especies, debe aumentar la producción de los sistemas antioxidantes para eliminar el exceso de sustancias oxidantes. La importancia de este proyecto radica en conocer y caracterizar los mecanismos de los procesos bioquímicos activados por ROS y RNS durante el crecimiento y desarrollo de la planta, y en situaciones de estrés, posibilitar el aumento de los niveles de antioxidantes de la planta. De esta forma se puede potenciar mediante biotecnología la acción antioxidante en los vegetales objeto de estudio.
En el caso del pimiento se están desarrollando estas mejoras mediante procesos naturales, esto es, mediante selección de variedades más ricas en vitamina C, en colaboración con la empresa ejidense Syngenta Seeds S.A. Para ello, se está profundizando en el conocimiento de la biosíntesis de la vitamina C y produciendo, de forma natural, especies de pimiento con un mayor contenido en vitamina C, con el consiguiente interés para la salud humana, y potencialmente más resistentes frente a estreses abióticos.
