Academia Mexicana de Ciencias
Boletín AMC/008/17
Ciudad de México, 13 de enero de 2017

• Se sabe que la respuesta de las plantas para a adaptarse a la deficiencia de agua es muy compleja y diversa, y que hay un gran número de genes y proteínas involucradas en el proceso. La respuesta a la sequía es un fenómeno en el que participan múltiples factores ambientales.

Phaseolus vulgaris y sus numerosas variedades se cultivan en todo el mundo para el consumo, tanto en vainas verdes o como semillas frescas o secas. Es objeto de estudio para conocer su respuesta a la limitación de agua.
Foto: Conabio.
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Desde hace más de dos décadas, un grupo de investigadores dirigido por la doctora Alejandra Covarrubias Robles, del Departamento de Biología Molecular de Plantas del Instituto de Biotecnología de la UNAM, ha centrado sus estudios en una semilla muy importante para el país desde el punto de vista cultural y de consumo, el frijol.

Este grupo, en colaboración con el doctor Jorge Acosta, del Programa de Mejoramiento de frijol del Instituto Nacional de Investigaciones Agrícolas y Forestales (INIFAP), trabaja en la identificación de genes que pudieran ser utilizados como marcadores moleculares ligados a la resistencia a sequía en frijol. A partir del interés de conocer más sobre esta semilla, han desarrollado varias líneas de investigación, una de ellas está enfocada al estudio de las proteínas que modifican su estructura según la disponibilidad de agua y que al mismo tiempo protegen a algunas enzimas sensibles a la deshidratación.

Los modelos experimentales que han utilizado para el estudio de la respuesta de las plantas a la limitación de agua son Phaseolus vulgaris y Arabidopsis thaliana. Estos sistemas experimentales son muy útiles para tratar de responder las preguntas de cómo y bajo qué mecanismos las plantas toleran o no la limitación de agua.

Dentro de los hallazgos más importantes está haber descubierto diferentes genes que se activan o inactivan en respuesta a la deficiencia de agua que codifican proteínas cuya abundancia aumenta o disminuye en respuesta a esta condición de estrés. Así, el estudio que lleva a cabo Covarrubias Robles se ha enfocado en entender el funcionamiento de un conjunto de genes que codifica proteínas con características peculiares a las que han llamado hidrofilinas. Estas proteínas son ubicuas en el reino vegetal y su abundancia está íntimamente relacionada con el déficit de agua.

Lo que a nivel molecular se conoce
La investigadora indicó que algunos de los genes estudiados codifican enzimas que desintoxican de especies reactivas de oxígeno como la superóxico dismutasa, la catalasa o la ascorbato peroxidasa, así como proteínas que pudieran estar implicadas en la percepción por las células vegetales de la deficiencia de agua, como lo son proteínas asociadas a la matriz extracelular y que también están implicadas en reforzar la pared celular para modular el crecimiento celular.

En sus estudios encontraron proteínas que se acumulan no sólo en respuesta al défict de agua en hojas, tallos y raíces, sino también en la semilla seca de forma muy abundante. A estas proteínas se les conoce como proteínas LEA —acrónimo en inglés que proviene de Late Embryogenesis Abundant—, ya que cuando se describieron por primera vez se encontraron acumuladas en la fase tardía de la embriogénesis, el proceso mediante el cual se forma un organismo pluricelular a partir del cigoto.

En los estudios para entender la función de estas proteínas LEA descubrieron que son capaces de proteger a otras proteínas de los efectos causados por la deshidratación o por tratamientos de congelamiento-descongelamiento, los cuales también provocan una disminución en la disponibilidad de agua en el medio.

“Descubrimos que las proteínas LEA poseen propiedades estructurales peculiares que no les permiten adoptar una distribución estable y ordenada, de tal forma que se propone que su estructura, ya sea flexible o desordenada, pudiera ser un factor relevante para su función protectora. Demostramos que las proteínas LEA forman parte de un grupo más amplio con características funcionales y estructurales similares, a las cuales denominamos hidrofilinas”, expresó la responsable del Departamento de Biología Molecular de Plantas.

La falta de agua puede provocar alteraciones en la estructura de la membrana celular y en los componentes de la matriz extracelular o pared celular y se encontró que la hormona vegetal conocida como ácido abscísico (ABA) juega un papel esencial como un mensajero de esa situación de estrés, agregó.

El ABA detecta cambios en el citoplasma o membrana exterior del núcleo donde se reconoce a los receptores que modifican los factores regulatorios que activan o inhiben la expresión de ciertos genes, así como la expresión o inhibición de ciertas proteínas.

Así se inicia una serie de cambios a diferentes niveles por los cuales la planta trata de ajustarse a estas condiciones evitando la acumualción de especies reactivas de oxígeno, lo cual ocurre como consecuencia de una disminución en la fotosíntesis, entre otras razones, o bien, previniendo la desnaturalización de proteínas esenciales para sobrevivir y la integridad de sus membranas a través de proteínas como las hidrofilinas, chaperonas y compuestos protectores como los osmolitos compatibles que también ayudan a las células vegetales a mantener cierto nivel de agua intracelular y con ello evitar condiciones más severas de deshidratación, entre muchas otras estrategias más.

“Aunque ahora entendemos más, nuevas preguntas surgen. Sabemos que la respuesta de las plantas para a adaptarse a la deficiencia de agua es muy compleja y diversa, y que hay un gran número de genes y proteínas involucradas en el proceso. La respuesta a la sequía es un fenómeno en el que participan múltiples factores ambientales”, comentó la integrante de la AMC.

Por ello, agregó, habría que considerar el conocimiento nuevo que se genere sobre esta especie para lograr su mejoramiento con fines de consumo humano.

Elizabeth Ruiz Jaimes.