Las plantas también se estresan (aún más en un entorno en constante cambio)
A lo largo de su vida, las plantas están expuestas a una amplia gama de desafíos ambientales que pueden afectar su crecimiento y poner en peligro su salud. Estas amenazas externas pueden clasificarse como estrés abiótico si es causado por “factores no vivos” (ej., congelamiento/enfriamiento o calor, déficit de agua o inundación, radiación ultravioleta, salinidad del suelo, deficiencia de nutrientes, contaminación del aire y contaminación del suelo) o como tensiones bióticas si es causada por un “factor vivo” (p. ej., virus, bacterias, hongos, nematodos, insectos, malas hierbas).
Dependiendo de la intensidad y duración del estrés, los factores ambientales pueden afectar levemente el desarrollo de los órganos de la planta (por debajo y/o por encima del suelo) o afectar seriamente la reproducción de la planta. En el peor de los casos, las plantas pueden experimentar una combinación de factores estresantes ambientales que amenazan en gran medida su supervivencia.
Órganos estresados envían señales fuera y dentro de las plantas
En marzo de 2023, la revista científica Celular publicó un artículo de investigación que mostraba una curiosa respuesta de las plantas bajo presión: están “tranquilas” cuando crecen en condiciones óptimas pero “gritan” cuando están estresadas. Las noticias científicas se han ido. en torno a las mundo y estos hallazgos inesperados se volvieron virales en las redes sociales. ¿Qué muestra exactamente el artículo?
El equipo de investigación coordinado por Prof. Lilach Hadany (Facultad de Ciencias Vegetales y Seguridad Alimentaria, Universidad de Tel Aviv) descubrió que las plantas de tomate y tabaco comienzan a emitir sonidos ultrasónicos en las cercanías (3-5 metros de distancia) dos días después de sufrir privación de agua o daño físico. Este fenómeno podría ser causado por cavitación – la generación de burbujas de aire cuando las columnas de agua se rompen en tallos de plantas sometidos a sequía o heridas. Los seres humanos no pueden escuchar estas frecuencias, pero los científicos están investigando actualmente la posibilidad de que otros organismos, como insectos, pequeños mamíferos, otras plantas, que viven en el mismo entorno, puedan percibir los sonidos y reaccionar.
Además de los "gritos de dolor", las plantas estresadas también experimentan fluctuaciones hormonales internas, como los animales. De hecho, se ha establecido durante mucho tiempo que las plantas que viven en condiciones subóptimas acumulan hormonas del estrés que actúan dentro del cuerpo de la planta para desencadenar una amplia gama de respuestas defensivas y adaptativas a nivel molecular, celular y fisiológico.
Hormonas y Fitohormonas
Los organismos multicelulares (como animales, plantas y hongos) producen moléculas de señalización llamadas hormonas que se mueven a través de sus cuerpos para regular los procesos fisiológicos y de desarrollo. Estos mensajeros químicos son activos en muy bajas concentraciones y pueden viajar desde su sitio de producción a tejidos y órganos distantes, donde provocan respuestas moleculares y celulares.
El término fitohormonas fue acuñado por Frits Went y Kenneth Thimann en 1937 para describir compuestos orgánicos que pueden actuar local y sistémicamente como reguladores del crecimiento de las plantas. Las fitohormonas generalmente se requieren para regular la formación de diferentes órganos a lo largo del ciclo de vida de la planta, pero algunas de ellas (por ejemplo, ácido abscísico y ácido jasmónico) – también se activan en condiciones de estrés para coordinar el crecimiento y la defensa de las plantas, a menudo inhibiendo los procesos de desarrollo para aumentar la supervivencia.
Jasmonatos: producción, transporte y transducción de señales
Esta clase de fitohormonas derivadas de lípidos se describió por primera vez en 1962 y nombró Jasmonatos (JAs) ya que su estructura fue identificada a partir de extractos de aceite de Jazmín grandiflorum flores Desde su descubrimiento, varios grupos de investigación en todo el mundo han estado investigando las vías metabólicas que contribuyen a la biosíntesis de los JA y la acumulación de sus precursores, así como las reacciones catabólicas que transforman las hormonas bioactivas en compuestos inactivos (muy bien revisado por Wastenack & Hause, 2013 y Wastenack y canción, 2017).
Los JA se derivan de ácidos grasos poliinsaturados, como ácido α-linolénico, a través de una serie compleja de reacciones metabólicas que tienen lugar secuencialmente en diferentes compartimentos de la célula vegetal (p. ej., cloroplasto, peroxisoma, citosol). Algunos precursores de JA también se almacenan en la vacuola.
¿Cómo puede el estrés inducir la producción de JA? Tras un ataque externo, las plantas dañadas pueden detectar "metabolitos extraños", como patrones moleculares asociados a microbios (MAMP) y patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP), que actúan como elicitores, moléculas capaces de desencadenar una cascada de eventos celulares y moleculares (vía de transducción de señales) que conducen a la inducción del metabolismo de JA.
Los JA acumulados pueden transportarse localmente (transmisión de corta distancia a células vecinas) o sistémicamente (transmisión de larga distancia a células distantes a través de vasculaturas). Por ejemplo, el transporte mediado por el floema es esencial para las comunicaciones de hoja a hoja y de tallo a tallo. La señalización local y sistémica es facilitada por una familia de transportadores JA (llamados JAT) con diferentes localizaciones subcelulares, que promueven la importación/exportación celular de hormonas y la importación nuclear (revisado por Li et al., 2021).
Efectos aguas abajo de la vía JA: respuesta de defensa al ataque de patógenos
En el núcleo, los JA desencadenan cambios en la transcripción de genes seleccionados que están involucrados en la señalización del estrés y la respuesta de defensa. Por ejemplo, la acumulación de JAs en respuesta al ataque de insectos activa la expresión de genes que codifican proteínas con efectos tóxicos o compuestos orgánicos volátiles (VOCs) que atraen enemigos naturales de los herbívoros (revisado por Erb & Reymond, 2019). Asimismo, un derivado del JA induce la biosíntesis del terpeno, un metabolito secundario con una fuerte actividad antifúngica que le confiere resistencia a la moho gris provocada por la patógeno necrotrófico Botrytis cinerea en fresa (reportado en Zhang et al., 2022).
Curiosity: JAs y evolución de plantas carnívoras
Los JA también están involucrados en la interacción entre insectos y plantas carnívoras que viven en ambientes pobres en nutrientes. Precisamente, la vía JA se activa ante el segundo estímulo mecánico en la planta Dionaea muscipula (comúnmente conocida como Venus atrapamoscas), seguido de la inducción de genes que codifican hidrolasas, enzimas líticas utilizadas en la digestión de presas de insectos atrapadas en los lóbulos de la planta.
Lectura sugerida
Respuestas al estrés abiótico en las plantas | Nature Reviews Genética
Los sonidos emitidos por las plantas bajo estrés son aéreos e informativos: Cell
Metabolismo, señalización y transporte de jasmonatos – ScienceDirect
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