Un mecanismo para la resistencia a la desecación en las plantas

Todos los seres vivos necesitamos de agua para poder vivir, ya que provee de una matriz donde pueden llevarse a cabo las reacciones metabólicas que permiten el funcionamiento de las células. Nosotros no podemos perder más del 10 o 20% de agua porque nos llevaría inmediatamente a una muerte por deshidratación (de ahí viene la peligrosidad de las diarreas agudas). Muchas plantas cultivadas de importancia agronómica tampoco lo pueden hacer. Por ejemplo, el maíz solo toleraría una pérdida de agua que no sea mayor del 20 al 30%, esto la hace vulnerables a sequías que pueden darse en cualquier momento, y más ahora que vivimos un cambio climático significante.

Hay una especie de helecho, Polypodium polypodioides, que puede sobrevivir con sólo 5% de hidratación (puede tolerar la pérdida del 95% de agua). La deshidratación extrema es, sin dudas, todo un reto para las células y sus componentes. Cuando las células son deshidratadas se produce una deformación de su pared celular, esto genera un gran estrés mecánico que la puede romper ésta es nuevamente hidratada. Entonces, se sugiere que las plantas que son tolerantes a la desecación expresan unas proteínas especiales que protegen a la pared celular de las grandes deformaciones y del estrés mecánico, evitando su ruptura.

Estudios recientes sobre la bioquímica de la pared celular han identificado a los arabinanos —un componente de la pectina— como uno de los responsables de la tolerancia a la desecación ya que ayudan a soportar las deformaciones largas, volviéndolas reversibles. Sin embargo, son las dehidrinas, proteínas envueltas en la respuesta a las sequías, fluctuaciones de la temperatura y exceso de salinidad, las que protegen a las células del estrés mecánico como producto de la desecación. Varios estudios han demostrado que las especies tolerantes a la desecación sintetizan dehidrinas (LEA D-11). Esta proteína está presente en las células de las plantas desecadas en varias regiones del citoplasma y el núcleo.

Se sometió al helecho a diversos tratamientos para determinar si son o no las dehidrinas las responsables de su tolerancia a la desecación. Se hicieron cuatro tratamientos: Control (no se sometió a deshidratación), Parcialmente deshidratado (a partir de la novena semana se dejó de regar), Control deshidratado (a partir de la cuarta semana se dejó de deshidratar) y Rehidratadas (se deshidrató entre la quinta y octava semana y a partir de la novena se rehidrató). Para determinar el momento en que se expresan las dehidrinas, se purificaron las proteínas totales de las hojas de los tratamientos (MW: Marcador; W: hidratada; PD: Parcialmente deshidratada; D: Deshidratada; 4R, 24R y 96R, son 4, 24 y 96 horas después de la rehidratación) y se hizo un SDS-PAGE (una electroforesis en poliacrilamida para separar las proteínas presenten en la solución). Una proteína de 31KDa estuvo presente en los tratamientos, pero será esta la dehidrina? Para eso se hizo un Western-blot usando un anticuerpo policlonal que detecta la presencia de la dehidrina. El análisis reveló que sólo PD, D y 4R (Fig. B) expresaban la dehidrina. Con lo que se concluye que esta proteína sólo se expresa cuando hay una pérdida de agua significativa que pude causar daño a la célula y que una vez que se restituye la hidratación, esta deja de expresarse.

Ahora falta determinar, en que parte de las células se expresan las dehidrinas, será sólo en la pared celular o en todo el citoplasma y el núcleo según describen los estudios pasados. Para esto se hizo una inmunolocalización (localización de la proteína usando moléculas marcadas). Las plantas completamente hidratadas no expresaron las dehidrinas (Fig. E) confirmando el Western-blot, mientras que las plantas parcialmente hidratadas mostraron que las deshidrinas se localizaban cerca a las paredes celulares de las células (Fig. D). Como se ve en la figura, las dehidrinas están en los bordes de las células, formando como burbujitas en la foto.

Finalmente se usó la microscopía electrónica y de fuerza atómica para observar el grado de deformación de las células y si podían regenerarse sin romperse. Como puede verse en la figura, la secuencia es la siguiente: A, B, C, D y E son 100%, 50%, 5%, 50% y 90% de humedad.

Entonces se puede concluir que las dehidrinas sólo se expresan sólo cuando las plantas están secas o están en proceso de desecación; están localizadas en la periferia de las células, cerca a la pared celular y las células pueden soportar grandes deformaciones sin romperse y perder su viabilidad una vez rehidratadas. Sería interesante entender mejor como se da este mecanismo, buscar si otras plantas de importancia agronómica tienen genes que codifiquen para dehidrinas, para poder generar plantas capaces de soportar sequías o que puedan vivir con bajos noveles de agua, y aún así, tener un buen rendimiento.

Referencia:

Layton, B., Boyd, M., Tripepi, M., Bitonti, B., Dollahon, M., & Balsamo, R. (2010). Dehydration-induced expression of a 31-kDa dehydrin in Polypodium polypodioides (Polypodiaceae) may enable large, reversible deformation of cell walls American Journal of Botany, 97 (4), 535-544 DOI: 10.3732/ajb.0900285

Explicación más sencilla en:

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