Descubren cómo defender a las plantas para que no sean tan vulnerables al calor por el cambio climático

Cuando llegan las olas de calor , no sólo afectan a las personas, sino también a las plantas de las que dependemos para alimentarnos. Esto se debe a que, cuando las temperaturas son demasiado elevadas, ciertas defensas de las plantas no funcionan tan bien , dejándolas más susceptibles a los ataques de patógenos y plagas de insectos.

Los resultados se han obtenido en una planta de flores blancas llamada 'Arabidopsis thaliana', que es la «rata de laboratorio» de la investigación vegetal. Si los mismos resultados se aplican también a los cultivos, sería una buena noticia para la seguridad alimentaria en un mundo que se está calentando, asegura el biólogo de la Universidad de Duke (Estados Unidos) y autor correspondiente del estudio, Sheng-Yang He.

Los científicos saben desde hace décadas que las temperaturas superiores a las normales suprimen la capacidad de las plantas de producir una hormona de defensa llamada ácido salicílico , que activa el sistema inmunitario de la planta y detiene a los invasores antes de que causen demasiado daño. Pero la base molecular de este colapso de la inmunidad no se conocía bien.

A mediados de la década de 2010, He y su entonces estudiante de posgrado Bethany Huot descubrieron que incluso breves olas de calor pueden tener un efecto dramático en las defensas hormonales de las plantas de Arabidopsis, dejándolas más propensas a la infección por una bacteria llamada 'Pseudomonas syringae'.

Normalmente, cuando este patógeno ataca, los niveles de ácido salicílico en las hojas de una planta se multiplican por 7 para evitar que la bacteria se propague. Pero cuando las temperaturas superan los 30 grados durante sólo dos días , las plantas ya no pueden fabricar suficiente hormona de defensa para evitar que la infección se arraigue.

«Las plantas contraen muchas más infecciones a temperaturas cálidas porque su nivel de inmunidad basal ha bajado -explica-. Así que queríamos saber, cómo sienten las plantas el calor y si podemos arreglarlo para que sean resistentes».

Por la misma época, otro equipo había descubierto que unas moléculas de las células vegetales llamadas   fitocromos funcionan como termómetros internos , ayudando a las plantas a percibir las temperaturas más cálidas en primavera y a activar el crecimiento y la floración. Así que He y sus colegas se preguntaron si podrían estas mismas moléculas sensoras del calor ser las que derriban el sistema inmunitario cuando las cosas se calientan, y ser la clave para recuperarlo.

Para averiguarlo, tomaron plantas normales y plantas mutantes cuyos fitocromos estaban siempre activos independientemente de la temperatura, las infectaron con la bacteria 'P. syringae' y las cultivaron a 23 y 28 grados para ver cómo les iba. Pero los mutantes de fitocromos se comportaron exactamente igual que las plantas normales : seguían sin poder producir suficiente ácido salicílico cuando las temperaturas aumentaban para defenderse de las infecciones.

Los coautores Danve Castroverde y Jonghum Kim pasaron varios años haciendo experimentos similares con otros genes sospechosos, y esas plantas mutantes también enfermaban durante los periodos de calor. Así que probaron una estrategia diferente. Utilizando la secuenciación de nueva generación , compararon las lecturas de genes en plantas de Arabidopsis infectadas a temperaturas normales y elevadas. Resultó que muchos de los genes que se suprimían a temperaturas elevadas estaban regulados por la misma molécula, un gen llamado CBP60g.

El gen CBP60g actúa como un interruptor maestro que controla otros genes   , por lo que cualquier cosa que regule a la baja o «apague» el CBP60g significa que muchos otros genes también se apagan: no producen las proteínas que permiten a una célula vegetal acumular ácido salicílico.

Otros experimentos revelaron que la maquinaria celular necesaria para empezar a leer las instrucciones genéticas del gen CBP60g no se ensambla correctamente cuando se calienta demasiado, y por eso el sistema inmunitario de la planta ya no puede hacer su trabajo.

El equipo pudo demostrar que las plantas mutantes de Arabidopsis que tenían su gen CBP60g constantemente «encendido» eran capaces de mantener sus niveles de hormonas de defensa elevados y las bacterias a raya , incluso bajo estrés térmico.

A continuación, los investigadores encontraron la forma de diseñar plantas resistentes al calor que activaran el interruptor maestro CBP60g sólo cuando fueran atacadas, y sin que se atrofiara su crecimiento, lo cual es fundamental si los hallazgos van a ayudar a proteger las defensas de las plantas sin afectar negativamente al rendimiento de los cultivos.

Los resultados podrían ser una buena noticia para el suministro de alimentos que se ha vuelto inseguro por el cambio climático , resaltan.

El calentamiento global está empeorando las olas de calor y debilitando las defensas naturales de las plantas. Pero hasta el 40% de los cultivos alimentarios de todo el mundo se pierden cada año a causa de plagas y enfermedades, lo que cuesta a la economía mundial unos 300.000 millones de dólares (unos 285.000 millones de euros).

Al mismo tiempo, el crecimiento de la población está aumentando la demanda mundial de alimentos. Para alimentar a los 10.000 millones de personas que se calcula que habrá en la Tierra en 2050, las previsiones sugieren que la producción de alimentos tendrá que aumentar un 60%.

En lo que respecta a la futura seguridad alimentaria, He dice que la verdadera prueba será si su estrategia para proteger la inmunidad en las plantas de Arabidopsis funciona también en los cultivos.

El equipo descubrió que las temperaturas elevadas no sólo perjudican las defensas del ácido salicílico en las plantas de Arabidopsis, sino que tienen un efecto similar en plantas de cultivo como el tomate , la colza y el arroz .