Descubren un regulador que modula el crecimiento de las plantas ante la falta de luz

Debido a la importancia de la luz para su supervivencia, las plantas han desarrollado sofisticados mecanismos para optimizar su aprovechamiento.

Uno de esos mecanismos es la llamada “respuesta a la sombra”, que incluye una serie de cambios como la elongación de tallos y peciolos. Este mecanismo está regulado, entre otros, por el reloj circadiano de las plantas, cuyo funcionamiento se va conociendo poco a poco.

Ahora, unos científicos han identificado un componente de ese reloj que modula la respuesta de las plantas a la sombra, actuando como un freno molecular que asegura que esta respuesta se produzca solo tras una falta prolongada de luz.

El equipo que ha hecho el descubrimiento incluye investigadores del Instituto Salk de Estudios Biológicos en Estados Unidos, la Universidad del Sur de California en Estados Unidos, y el Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (IBMCP), centro mixto de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) y del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), en España todas estas entidades.

El equipo de investigación, encabezado por Carlos Martínez-Vasallo del IBMCP, se centró en los mecanismos moleculares por los que el reloj circadiano regula cómo las plantas responden a la sombra. En plantas adaptadas a espacios abiertos, expuestas a una gran cantidad de luz, la sombra puede resultar perjudicial para su desarrollo en el campo. Estas perciben la sombra como un peligro y reaccionan a ella iniciando lo que se conoce como la respuesta de evasión de la sombra. “Esta respuesta comprende una serie de cambios morfológicos y de desarrollo, que incluyen la elongación de tallos y peciolos para permitir a la planta llegar a la luz”, describe Maria A. Nohales, investigadora del CSIC en el IBMCP y coautora del estudio.

Sin embargo, la respuesta a la sombra no es igual en cualquier momento del día, al menos en lo que al crecimiento se refiere. Las plantas responden de manera diferente cuando perciben la sombra al amanecer (cuando no tiene ningún efecto) a cuando la perciben al atardecer (cuando tiene el mayor efecto). Esta temporalización está regulada por el reloj circadiano de las plantas, un reloj que controla su metabolismo, su fisiología y su desarrollo, adaptándolos a las condiciones externas.

Las plantas que crecen junto a laderas, paredes de roca, y otras estructuras rocosas lo bastante altas pueden ver interceptada de manera significativa la luz solar directa que de otro modo las alcanzaría. (Foto: NPS / Charlie Baker)

Gigantea, un freno molecular

En función de lo señalado, la repuesta de las plantas a la sombra puede ser muy rápida, ya que los factores que transmiten la señal son muy sensibles a los cambios en la calidad de la luz. “Pues bien, hemos identificado cómo un componente de ese reloj, la proteína Gigantea, reprime la acción de estos factores en respuesta a la sombra por la tarde. Este componente actuaría como un freno molecular, asegurando que la respuesta solo se desencadene tras una exposición prolongada a la sombra y no frente a una variación momentánea y pasajera en la calidad de la luz”, revela Nohales.

Dado que el crecimiento de la planta supone un coste energético, este mecanismo de regulación contribuiría a incrementar la eficiencia energética, asegurando que la inversión solo se realice frente a una situación de peligro real. Por eso, el conocimiento del funcionamiento de este mecanismo permitiría manipular esta respuesta con fines biotecnológicos. “Es interesante manipular esta respuesta, por ejemplo, para mejorar el rendimiento de los cultivos en el campo, donde normalmente se siembra en altas densidades”, explica la investigadora del CSIC.

Aplicaciones

La proximidad de vegetación genera cambios en la calidad de la luz que perciben otras plantas, lo que activa la respuesta de evasión de la sombra. Muchos de los cambios morfológicos y del desarrollo que acompañan a esta respuesta no son deseados en agricultura, “puesto que generan plantas elongadas, con poca acumulación de biomasa y con floración adelantada”, asegura Nohales. Generar plantas que tengan este tipo de respuesta atenuada permitiría cultivar densamente, minimizando efectos negativos.

Otra aplicación estaría en el llamado intercropping (cultivo intercalado), donde se intercalan distintos cultivos: por ejemplo, un cultivo de cobertura como el berro (Thlaspi arvense), utilizado en la producción de biofuel, y otro como la soja. “Un factor limitante de este sistema de cultivo es que uno afecte negativamente al rendimiento del otro al producir sombra. En este contexto, generar variedades que toleren la disminución de la calidad y cantidad de luz es deseable para este tipo de cultivo intercalado”, concluye.

El estudio se titula “GIGANTEA adjusts the response to shade at dusk by directly impinging on PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR 7 function”. Y se ha publicado en la revista académica Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). (Fuente: CSIC)