La cutícula es la primera línea de armadura de una hoja contra el medio ambiente. Isabel Molina y sus colegas han sido examinando de cerca la cutícula de las plantas adultas de maíz. “Nuestro grupo se enfoca en comprender cómo las plantas producen barreras lipídicas protectoras que se depositan en la interfaz con el medio ambiente”, dijo Molina. “Esas barreras son la cutícula de los brotes y la suberina (o corcho) de la corteza de los árboles, raíces y piel de papa. El equipo ha realizado gran parte de su trabajo anterior en la planta modelo bien caracterizada Arabidopsis thaliana – una planta de la familia de la mostaza. Aunque la arabidopsis no es de ninguna manera una planta de cultivo, es muy útil en el estudio de muchas áreas de la biología vegetal. Muchos arabidopsis existen mutantes que brindan oportunidades para asignar funciones a productos genéticos: enzimas y proteínas (factores de transcripción) involucradas en las vías que conducen a la biogénesis de la cutícula. La oportunidad de aplicar la experiencia técnica y el conocimiento científico del grupo a una importante planta de cultivo como el maíz fue, por supuesto, muy atractiva. Sabíamos que podíamos hacer una valiosa contribución”.

La cutícula es una parte importante de la planta, dijo Molina. “Todas las plantas y animales deben estar protegidos por barreras que los defiendan del medio ambiente. Al igual que la piel de los animales, la cutícula es una capa cerosa que cubre la parte aérea de las plantas, donde brinda protección contra el ataque de insectos y patógenos microbianos, las temperaturas extremas, la radiación ultravioleta y la deshidratación. Pero quizás el papel más importante de la cutícula es evitar la pérdida de agua de la planta, previniendo la deshidratación. La cutícula está formada por la capa más externa de células, la epidermis, y está compuesta por cutina, un lípido complejo que se produce al unir muchos ácidos grasos en un polímero fuerte y ceras. Además de otros componentes menores, la cera se compone en gran parte de varios tipos de compuestos que contienen largas cadenas de hidrocarburos”.

Por lo general, podría comenzar observando las hojas de las plántulas, pero en su lugar, Molina y sus colegas examinaron la planta adulta. Examinar las plantas adultas era importante, especialmente porque muchas otras personas habían trabajado con plantas juveniles. Molina dijo que las hojas juveniles contrastaban notablemente con las hojas adultas. “Hojas juveniles completamente desarrolladas, las primeras 6 a 8 hojas producidas por la planta, exhiben una composición de cutícula muy diferente a la de las hojas adultas en la madurez. Por ejemplo, las hojas juveniles tienen una capa densa de cristales de cera que no tienen las hojas adultas. Además, las ceras de hojas juveniles maduras están dominadas por alcoholes y aldehídos de cadena muy larga, con menores proporciones de alcanos y ésteres. La mayoría de las hojas jóvenes generalmente se degradan y se caen de la planta durante el desarrollo de la flor y la semilla, cuando el estrés por sequía es más dañino para el rendimiento del grano. Agronómicamente, esta es, sin duda, una etapa más importante de la vida útil de la planta, por lo que también es imperativo investigar a fondo la composición/estructura/función de la cutícula en las hojas adultas y su papel en la tolerancia a la sequía”.

La hoja que el equipo eligió para estudiar fue la hoja 8, la primera hoja adulta. Esta hoja, según indicaron en su artículo, crece desde la base, por lo que existe un gradiente de desarrollo en las células a lo largo de la hoja. La barrera de agua se desarrolla cuando las células de la hoja dejan de expandirse, por lo que también existe un gradiente en el desarrollo de la cutícula a lo largo de la hoja. Esto no fue una sorpresa, dijo Molina, pero hubo algo inesperado en los resultados. En cuanto a la composición química, sí, esperábamos grandes diferencias entre las regiones inferiores y en expansión de la hoja en comparación con las superiores, más desarrolladas. Al tener la hoja o fragmentos de ella en las manos, es evidente que existen grandes diferencias entre estas regiones. La rigidez y el grosor son mucho mayores a medida que se asciende por la hoja. El brillo de la superficie también cambia a lo largo de la hoja. Sin embargo, admitimos que fue sorprendente descubrir que el contenido total de cera era tan alto en las secciones inferiores de la hoja; son los tipos de cera presentes los que cambian drásticamente a medida que se asciende por la hoja. Estructuralmente, el grosor de la cutícula solo aumenta aproximadamente un 33 % entre los 2-4 cm y los 10 cm, y más allá de esta altura se mantiene constante. Quizás la rigidez y el grosor de la hoja estén más relacionados con factores estructurales ajenos a la cutícula.

Son las diferencias químicas a lo largo de la hoja las que son la clave de lo que está sucediendo en el desarrollo, dijo Molina. “Unir la composición química, la estructura observable y la función de barrera de agua de la cutícula de la hoja adulta de maíz nos llevó a concluir que la cutícula se convierte en una barrera de agua eficiente al mismo tiempo que se observa un aumento en la proporción de ésteres de cera y cuando la acumulación del polímero de cutina es significativa. Por lo tanto, estos dos componentes parecen ser críticos para la función de barrera contra el agua de las cutículas de las hojas de maíz adultas”.

Si bien el trabajo químico es importante, forma parte de un proyecto más amplio que examina el maíz y trabaja para ayudar a los agricultores a combatir el creciente riesgo de sequía. Molina afirmó que aún queda mucho trabajo por hacer. "Este artículo describe solo una parte de un proyecto más amplio de varios laboratorios, que fue generosamente financiado por la Fundación Nacional de Ciencias (EE. UU.). En un futuro próximo, pretendemos seguir construyendo sobre la base que establece esta publicación. Esperamos publicar un estudio que describa la expresión génica específicamente en las células epidérmicas a lo largo del gradiente de desarrollo descrito en este artículo. Existe un grupo de aproximadamente 500 cultivares o líneas de maíz bien establecidas con grandes diferencias en la tolerancia a la sequía (pérdida de agua a lo largo de
la cutícula). Aprovechando la extrema diversidad genética que existe en las muchas líneas distintas de maíz domesticado, identificaremos genes candidatos asociados con la función de la cutícula para proteger las hojas adultas de la deshidratación”.                

Mediante la identificación de genes candidatos que son importantes para la función de la cutícula, el objetivo es dirigir el cultivo de plantas para producir cultivos más resistentes que puedan hacer frente a la escasez de agua. Una planta que puede administrar su suministro de agua de manera más eficiente es una planta que puede realizar la fotosíntesis de manera más eficiente. Eso significa más rendimiento en el maíz y menos daño debido al estrés hídrico.