Se identifica un gen que ayuda a las plantas a usar menos agua y soportar las sequías

Vivimos en un mundo en el cual el agua es un bien cada vez más escaso. La agricultura —que es la actividad humana que más agua utiliza— es consciente de este problema y tiene como principal objetivo desarrollar cultivares que requieran cada vez menos agua y sean más resistentes a los ambientes secos. Científicos de la Universidad de Purdue, han encontrado una mutación en un gen que permite a la planta modelo, Arabidopsis thaliana, soportar bajos niveles de agua sin perder biomasa. Este trabajo fue publicado en la revista Plant Cell.

Las plantas, naturalmente, abren y cierran sus estomas, los cuales son unos poros por donde entra el CO₂ para ser fijado y transformado en nutrientes gracias a la fotosíntesis. Sin embargo, al abrir sus estomas, la planta también pierde agua debido a la transpiración. Por ejemplo, las plantas que viven en zonas desérticas han evolucionado un mecanismo que les permite evitar la pérdida del valioso líquido. Durante el día, los estomas permanecen cerrados para evitar la pérdida de agua por el fuerte calor y la sequedad del ambiente, sin embargo, la energía producida por la luz del sol es almacenada para ser usada durante la noche, que es cuando abren sus estomas para permitir el paso del CO₂ con una poca pérdida de agua, debido a las bajas temperaturas.

Entonces, para diseñar una planta que sea resistente a los ambientes secos o requieran de poca cantidad de agua para crecer, ¿deberíamos mantener cerrados sus estomas? Sí, pero al hacer esto, la planta no podrá asimilar CO₂ y limitará la eficiencia de su fotosíntesis y, por lo tanto, su crecimiento. En otras palabras, habrá una pérdida de biomasa, lo que significa una menor productividad.

Los investigadores de la Universidad de Purdue, liderados por Chal Yul Yoo, encontraron una mutación en Arabidopsis thaliana que reducía su número de estomas. Así que a un menor número de estomas, la pérdida de agua por transpiración será menor. Sin embargo, lo más interesante del descubrimiento fue que, a pesar de tener menos estomas, su capacidad para asimilar el CO₂ no fue afectada ya que fue similar al de las plantas silvestres.

Un análisis molecular identificó al gen gtl1 (GT-2 LIKE 1), el cual es un factor de transcripción encargado de regular la expresión de determinados genes. Al presentarse este gen mutado, la asimilación de CO₂ no se veía afectada pero la pérdida de agua se redujo en in 20%. Para determinar la asimilación de CO₂ pusieron a las plantas dentro de una cámara cerrada con una cantidad conocida de CO₂. Después de un periodo de tiempo se cuantificó la cantidad de CO₂ que quedó en la cámara usando un analizador de gases infrarrojo. Lo mismo hicieron para determinar la cantidad de agua liberada, para esto cuantificaron —usando el mismo equipo del experimento anterior — el vapor de agua había en la cámara después de un determinado tiempo.

Además, las plantas con las mutaciones en el gen gtl1 tuvieron un mayor porcentaje de supervivencia (Figura E y F) y una mayor facilidad de recuperación después de haber sido sometidos a muy bajas concentraciones de agua en el suelo (Figura D).

Luego, quisieron determinar que genes eran afectados por este factor de transcripción mutante. Para esto, identificaron los 20 genes conocidos que controlan el desarrollo de los estomas. Los investigadores observaron que era el gen sdd1 (STOMATAL DENSITY AND DISTRIBUTION 1) el que estaba altamente expresado en los mutantes. Este gen, como su nombre lo dice, es el responsable de regular el número de estomas en las hojas. Al parecer el gen sdd1 está regulado por GTL1, y como en los mutantes este factor de transcripción no funciona, sdd1 podrá expresarse libremente., reduciendo el número de estomas.

Este estudio demuestra que pueden desarrollarse cultivares que requieran menor cantidad de agua sin afectar su rendimiento y productividad, así que el siguiente paso es buscar e identificar genes homólogos a gtl1 en plantas cultivadas y ver si los mutantes también responden de la misma manera.

Referencia:

Yoo, C., Pence, H., Jin, J., Miura, K., Gosney, M., Hasegawa, P., & Mickelbart, M. (2010). The Arabidopsis GTL1 Transcription Factor Regulates Water Use Efficiency and Drought Tolerance by Modulating Stomatal Density via Transrepression of SDD1 THE PLANT CELL ONLINE DOI: 10.1105/tpc.110.078691

Imagen: Flickr @cmdphotos.