Un nuevo estudio revela cómo el uranio envenena las plantas, hallazgos que podrían contribuir a la limpieza de suelos contaminados con uranio mediante el uso de plantas. La investigación de Xi Chen y sus colegas, publicada en Botánica Ambiental y Experimental, fundada El uranio altera el metabolismo del nitrógeno y el plegamiento de proteínas en las células vegetales., lo que explica por qué este metal pesado frena el crecimiento de las plantas. Comprender estos efectos tóxicos puede ayudar a identificar plantas que toleran mejor el uranio para la fitorremediación, que utiliza las plantas como esponjas vivas para absorber y eliminar contaminantes del suelo y el agua contaminados.
Los investigadores examinaron los efectos del uranio en rábanos y habas. Descubrieron que la exposición al uranio tenía efectos más graves en el crecimiento de las plantas de habas en comparación con rábano plantas, lo que indica que el rábano tiene una mayor tolerancia al metal pesado. Una de las razones se debió a cómo las plantas manejaron el nitrógeno.
Los investigadores encontraron que el uranio aumentaba la absorción de nitrógeno en los rábanos al aumentar la actividad de una enzima clave llamada nitrato reductasa que ayuda a las plantas a procesar el nitrógeno. Pero en habas, el uranio dañó el procesamiento de nitrógeno al deprimir la actividad de la nitrato reductasa y otra enzima relacionada con el nitrógeno llamada glutamina sintetasa.
El uranio también causó estrés a una célula vegetal importante estructura llamada retículo endoplásmico, que está involucrada en la producción de proteínas en ambas plantas. El retículo endoplásmico es responsable de plegar y procesar las proteínas para que tengan la forma y función adecuadas. El uranio provocó que las proteínas del retículo endoplásmico se plegaran incorrectamente, lo que activó los sistemas de control de calidad de las células vegetales que intentan replegarse o eliminar las proteínas defectuosas. Sin embargo, el rábano las plantas podrían tratar más eficazmente con el plegamiento incorrecto de la proteína inducida por el uranio al aumentar los sistemas que identifican y destruyen las proteínas malformadas.
El uranio es un metal pesado que puede contaminar el suelo y las aguas subterráneas alrededor de los sitios mineros y nucleares. Aunque las plantas no necesitan uranio para crecer, algunas especies pueden absorber y acumular uranio de sitios contaminados a través de sus raíces. Esto ha llevado al interés en usar plantas para limpiar áreas contaminadas con uranio a través de un proceso llamado fitorremediación. Sin embargo, el uranio es tóxico para la mayoría de las plantas, lo que impide su crecimiento y frustra los esfuerzos de limpieza. Al comprender los efectos tóxicos del uranio en las plantas, los científicos esperan identificar y desarrollar especies de plantas para mejorar la fitorremediación.
Para descubrir los efectos tóxicos del uranio, los investigadores cultivaron rábanos y haba plantas hidropónicamente en soluciones nutritivas. Después de permitir que las plantas establecieran su crecimiento durante 10 días, las expusieron a una concentración de uranio de 25 micromoles por litro durante 3 días.
Los experimentos revelaron uranio acumulado a niveles más altos en rábano raíces pero inhibió el crecimiento más severamente en habas en términos de menor biomasa y oscurecimiento de raíces. Al analizar el contenido de nitrógeno, el equipo descubrió que el uranio aumentaba los niveles de compuestos de nitrógeno asimilados en los rábanos, pero los disminuía en las habas. Coincidiendo con este patrón, la actividad de la enzima clave del metabolismo del nitrógeno, la nitrato reductasa, aumentó casi tres veces en los rábanos tratados con uranio, pero disminuyó en más del 3 % en las habas.
Mirando dentro de las células vegetales, los investigadores descubrieron que el uranio causaba el mal plegamiento de las proteínas en el retículo endoplásmico, un orgánulo implicado en el procesamiento de proteínas. Sin embargo, las plantas de rábano podrían lidiar de manera más efectiva con estas proteínas malformadas activando los sistemas de eliminación de proteínas: veintisiete genes relacionados se regularon al alza en los rábanos, con diez genes regulados a la baja. En comparación, solo nueve genes estaban regulados al alza en habas, mientras que doce estaban regulados a la baja. Este control superior de la calidad de la proteína en el rábano probablemente le permita manejar el estrés por uranio mejor que las habas.
Los resultados de Chen y sus colegas han demostrado cómo el uranio inhibe el crecimiento de las plantas a nivel molecular al interferir con los procesos clave de asimilación de nitrógeno y producción de proteínas. Estos descubrimientos allanan el camino para la adaptación óptima fitorremediación plantas capaces de resistir los impactos tóxicos del uranio. Tales “súper plantas” especialmente criadas podrían proporcionar una solución de remediación ecológica para limpiar suelos y aguas subterráneas contaminados con uranio.
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Chen, X., Dang, Y.-X., Li, Q.-L., Li, W., Xie, M.-T., Wang, M.-X., Tao, M.-F., Zhao, S.-S., Lai, J.-L. y Wu, G. (2023) “El uranio afecta el metabolismo del nitrógeno y la homeostasis de las proteínas del retículo endoplásmico en las plantas., " Environmental and Experimental Botany, 213 (105444), pág. 105444. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2023.105444.
