Claves para mejorar la resistencia genética de los cultivos al cambio climático

Las raíces de las plantas son esenciales a la hora de detectar y responder a muchos de estos estreses abióticos causados por el cambio climático. Es ahí donde centran su estudio los investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM). “El sistema radicular juega un papel esencial, ya que proporciona el agua y los nutrientes necesarios para el crecimiento de las plantas y es por tanto crucial para el rendimiento de los cultivos”, señala María Sánchez, investigadora de la UPM y primera autora del estudio.

Los científicos de la UPM han realizado una revisión bibliográfica que proporciona una síntesis de las investigaciones más recientes acerca de los efectos del cambio climático en las raíces de los cultivos, a nivel morfológico, fisiológico, molecular y genético. La mayoría de estreses abióticos producen la activación de respuestas moleculares (respuestas ‘compartidas’ o ‘shared responses’) en la raíz. Así, estos estreses alteran la membrana celular, produciendo un desbalance iónico, que a su vez causa la formación de especies reactivas de oxígeno (ROS).

“Cuando estas ROS se acumulan en niveles elevados, son dañinas para la célula. Sin embargo, a los niveles adecuados, pueden actuar como moléculas señalizadoras, ya que pueden activar los canales de calcio (Ca2+) en la membrana plasmática”, explica la investigadora de la UPM. Cuando estos canales son activados, entran en la célula y pueden reaccionar con otras proteínas presentes en el citoplasma. Estas proteínas son las ‘map kinasas’ (MAPK, MAPKK y MAPKK), que reaccionan las unas con las otras consecutivamente, formando lo que se llama una cascada. Esto lleva a la activación de diferentes factores de transcripción en el núcleo celular, donde se encuentra el material genético. Estos factores de transcripción, cuando son activados, son capaces de regular la expresión de algunos genes, modulando así la respuesta genética y molecular a los estreses abióticos, lo que a su vez modula la respuesta de la planta.

Por ejemplo, cuando las plantas son sometidas a estrés por sequía y altas temperaturas simultáneamente, se ha reportado un incremento en los niveles de ROS. Como las ROS son dañinas para la célula, la planta comienza rápidamente a sintetizar compuestos antioxidantes y protectores para contrarrestar los efectos dañinos de estas ROS. Sin embargo, cuando los niveles de estas ROS son demasiado elevados, comienza la cascada de señalización explicada anteriormente, y la planta comienza a sintetizar hormonas como el ácido abscísico (ABA) o las auxinas, que juegan un papel muy importante en la respuesta de las plantas a la sequía y las altas temperaturas. De esta forma, la planta comienza a responder a estos estreses.

Sin embargo, si la planta se encontrase con sequía y elevada salinidad del suelo, la respuesta celular sería similar a la descrita pero con algunas diferencias, pues los factores de transcripción activados en el núcleo regularían genes distintos a los anteriores y se activarían diferentes mecanismos de adaptación, que serían específicos para este tipo de respuesta.

“Las raíces constituyen un órgano con gran potencial para proporcionar herramientas de adaptación al cambio climático y podrían ser clave a la hora de buscar nuevos recursos genéticos para mejorar la resistencia de los cultivos a las condiciones adversas del cambio climático”, subraya María Sánchez.

Por otro lado, el estudio, llevado a cabo por investigadores del Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (CBGP, UPM-INIA), también resalta la importancia de abordar el análisis de los efectos de los estreses abióticos de forma combinada, dada la complejidad del cambio climático. Tradicionalmente, la mayoría de las investigaciones relacionadas con los efectos del cambio climático en cultivos se han centrado en estudiar el efecto de los estreses abióticos de forma aislada, cuando los estreses abióticos suelen ocurrir en el campo de forma conjunta.

Por ejemplo, los eventos de sequía suelen venir acompañados de altas temperaturas o un aumento en la salinización del suelo, agravando el efecto negativo de estos estreses en la productividad de los cultivos. Además, los investigadores han observado que los efectos en cultivos de dos o más estreses abióticos simultáneos difieren de los efectos de estos mismos estreses cuando ocurren de forma individual.

“Los efectos del cambio climático en los cultivos son más complejos de lo que pensamos”, afirma la investigadora de la UPM. Nuestro objetivo, concluye, es “proporcionar una revisión sistemática de los efectos de la combinación de estreses abióticos producidos por el cambio climático en el sistema radicular en cultivos, que permita no sólo facilitar futuras investigaciones, sino también concienciar de la urgencia de encontrar nuevas soluciones para conseguir la adaptación de los cultivos al cambio climático y mejorar la seguridad alimentaria global”.