Genes, rizobacterias y cultivo ‘in vitro’: tres aliados biotecnológicos de las plantas frente a la sequía

Las plantas son organismos sésiles, es decir, no pueden moverse del lugar donde nacieron. Para sobrevivir deben ser capaces de responder y adaptarse a los cambios ambientales, la disponibilidad de nutrientes y la presencia de otros organismos que se alimentan de ellas.

Uno de los factores que mayor impacto tienen sobre el desarrollo de las plantas es la disponibilidad del agua. A través de la evolución, estas han desarrollado una serie de estrategias para hacer frente a la falta de este recurso.

Cuatro estrategias para combatir el déficit hídrico

Entre los mecanismos con que cuentan las plantas para resistir a la sequía se encuentran el incremento en la densidad de la raíz, la disminución de la transpiración y la acumulación en sus células de osmolitos. Estos son azúcares, aminoácidos u otras moléculas que tienen una alta afinidad por el agua, evitan su pérdida y facilitan su absorción.

Otra estrategia de las plantas frente al déficit hídrico consiste en estimular la producción de sustancias con capacidad antioxidante que contrarresten los daños oxidativos causados por la sequía prolongada.

La efectividad de estas adaptaciones es particularmente evidente en aquellas plantas que se desarrollan de manera natural en regiones áridas. Sin embargo, muchas plantas que no han evolucionado en estos ambientes se ven expuestas a sequías más frecuentes, duraderas y severas debido a los efectos del cambio climático.

Buena parte de los cultivos que constituyen la base de la seguridad alimentaria mundial enfrentan enormes pérdidas debido a la sequía. Esto hace cada vez más difícil satisfacer la creciente demanda de alimentos para consumo humano y animal.

Lo que los genes enseñan

En el laboratorio de Biología Molecular Vegetal de la Universidad de Guadalajara, hemos implementado algunas de las estrategias que ofrece la biotecnología para ayudar a los cultivos existentes a tolerar mejor la falta de agua.

Una línea de nuestro trabajo busca generar nuevas variedades con una mayor capacidad para soportar los efectos negativos de la sequía sobre el desarrollo de las plantas. Ello permite incrementar la productividad agrícola bajo estas condiciones.

El estudio de los genes y las rutas metabólicas involucradas en la resistencia de las plantas al déficit de agua permite entender y trabajar en la mejora y selección de plantas que tengan activo un sistema de defensa ante la ya notoria deficiencia mundial del vital líquido. Conociendo estos genes y con un sistema de producción masiva de plantas mediante el uso de técnicas de cultivo in vitro, se puede generar a corto plazo un desarrollo en plantas que presenten mayor tolerancia y resistencia ante la sequía.

Rizobacterias, las mejores amigas de las raíces

Existen bacterias que establecen asociaciones muy estrechas con las plantas en la zona próxima a la raíz, llamada rizosfera. Estas bacterias, conocidas como rizobacterias, poseen distintos mecanismos que en su conjunto promueven el crecimiento vegetal.

Algunas rizobacterias que han sido aisladas de la rizosfera de plantas creciendo en ambientes áridos han mostrado ser capaces de estimular el desarrollo de las raíces, inducir la producción de fitohormonas relacionadas con la respuesta al estrés e incrementar la producción de osmolitos o de metabolitos antioxidantes.

Además, algunas de estas bacterias exudan polisacáridos que pueden ayudar a modificar la estructura del suelo al actuar como un pegamento que facilita la agregación de las partículas que lo conforman, aumentando su potencial para la retención de agua.

Todos estos mecanismos tienen un efecto positivo sobre la capacidad de las plantas para sobrevivir a las condiciones de sequía, y por ello un gran número de bacterias de este tipo han sido aisladas, caracterizadas y aplicadas en numerosos cultivos, produciendo en muchos casos incrementos significativos en la productividad bajo condiciones de estrés hídrico.

Cultivo in vitro de plantas para que aprendan a vivir con menos agua

La técnica de cultivo in vitro genera un ambiente controlado en el laboratorio. Su uso facilita estudiar las plantas en las condiciones deseadas. Así se pueden simular diferentes escenarios de estrés hídrico y ver cómo reaccionan las plantas ante ellos. Pero al mismo tiempo se puede hacer selección de aquellas plantas mejor adaptadas a estas condiciones y obtener muchas de estas.

En esta técnica se cultivan plantas en un medio semisólido que contiene los nutrientes necesarios para crecer de manera adecuada. Además de los nutrientes, se pueden agregar sustancias a este medio de cultivo que compiten por el agua, lo que hace que quede menos de este líquido disponible para las plantas.

De esta manera, la planta tiene que actuar como si estuviera en un lugar seco y activar sus mecanismos de adaptación a esta situación de sequía. Algunas de estas sustancias son el polietilenglicol (PEG), el cloruro de sodio (sal común) o la sacarosa (azúcar de mesa).

El seleccionar y multiplicar las plantas mejor adaptadas a las condiciones de sequía dará como resultado un aumento de la supervivencia de especies de importancia culinaria, farmacéutica o económica y propiciará la conservación de la biodiversidad.

Mejora genética, pero sin descuidar la gestión del agua

Es muy importante que tomemos un respiro y pensemos en cómo hemos actuado ante la evidente escasez de agua limpia a nivel mundial. Las plantas son recursos naturales que, al igual que nosotros, requieren de un suministro regular de agua. Podemos generar sistemas de mejora genética que permitan que las plantas requieran menor cantidad de este vital líquido, pero nunca podremos prescindir de él.

Todos deberíamos hacer lo que esté en nuestras manos para cuidar lo que aún nos queda de agua limpia y proponer estrategias para recuperar los mantos acuíferos que, por su grado de contaminación, no son aptos ni para uso agrícola.

Araceli Rodríguez-Sahagún, Profesor Investigador en Biotecnología Vegetal, Universidad de Guadalajara; Gustavo Javier Acevedo-Hernández, Profesor Investigador en Biotecnología de Plantas, Universidad de Guadalajara; Osvaldo Adrián Castellanos Hernández, Profesor Biotecnología Vegetal, Universidad de Guadalajara, and Rayn Clarenc Aarland, Profesor Bioquímica Vegetal, Universidad de Guadalajara

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.