Aún no sabemos si las plantas podrán adaptarse al cambio climático

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Sara Izquierdo Zandalinas, Universitat Jaume I; Lidia Soto Pascual, Universitat Jaume I; María Fernanda López Climent, Universitat Jaume I y Vicente Vives Peris, Universitat Jaume I

Las plantas son organismos vivos sensibles a las condiciones de su entorno. A lo largo de la evolución, han desarrollado diferentes mecanismos de respuesta y adaptación a las situaciones ambientales adversas que las rodean (también llamadas estreses). Así consiguen sobrevivir y reproducirse.

Pero el cambio climático supone un nuevo escenario. Situaciones como temperaturas extremas y periodos prolongados de sequías o inundaciones son algunos de los factores ambientales acrecentados por este fenómeno que limitan en gran medida su crecimiento, desarrollo, productividad y supervivencia.

¿Cómo responden las plantas al estrés?

Existe una gran variedad de mecanismos bioquímicos, moleculares y fisiológicos de las plantas en respuesta a los estreses. En general, estas respuestas incluyen:

• modificaciones en su crecimiento y su metabolismo;

• cambios fisiológicos como la regulación de la apertura de los estomas –poros por donde toman y expulsan gases y agua–;

• cambios en la expresión de genes, incluyendo aquellos que codifican proteínas de función protectora, antioxidantes y factores de transcripción que controlan la expresión de genes de respuesta a estrés.

Estas respuestas, a su vez, pueden depender de la síntesis de hormonas vegetales como el ácido abscísico, el ácido salicílico o el ácido jasmónico. Cambios en la concentración y distribución de estas hormonas vegetales modulan el desarrollo y las respuestas al estrés.

Este conjunto de respuestas, normalmente específico para cada uno de los estreses, ha sido ampliamente estudiado por la comunidad científica.

No obstante, como consecuencia del cambio climático pueden darse combinaciones de condiciones adversas que perjudiquen en mayor medida a las plantas y su producción. El incremento de temperaturas coincidirá con otros factores ambientales como sequía, elevada intensidad de luz, salinidad y carencias nutricionales, entre otras.

Estudios recientes se han centrado en las respuestas de las plantas a diferentes combinaciones de dos estreses que ocurren frecuentemente de manera simultánea –por ejemplo, altas temperaturas y sequía, alta intensidad de luz y altas temperaturas, o salinidad y altas temperaturas–. Han demostrado que las respuestas fisiológicas, bioquímicas y moleculares de las plantas a estas combinaciones son específicas y diferentes a las respuestas a las condiciones individuales.

El cambio climático, un nuevo concepto de estrés

Investigar cómo las plantas responden a las nuevas situaciones de su entorno resulta crucial para desarrollar cultivos más tolerantes al cambio climático. Los estudios deben centrarse en las respuestas de las plantas a las situaciones que con mayor probabilidad ocurran en el contexto del calentamiento global.

Cada uno de estos estreses tiene un efecto negativo sobre las plantas, pero la interacción simultánea de más de dos factores –combinación multifactorial de estreses– crea una situación nueva y crítica para el crecimiento y supervivencia de los vegetales.

Por ejemplo, durante los veranos, la combinación de olas de calor y episodios de sequía extrema, unida a condiciones de suelos subóptimas por excesiva salinidad, contenido nutricional pobre o presencia de microplásticos, herbicidas y pesticidas ponen en riesgo la supervivencia de muchos cultivos en determinadas regiones.

Consecuencias inesperadas

Recientemente, hemos demostrado que la combinación de hasta seis factores –altas temperaturas, alta intensidad de luz, salinidad, acidez, metales pesados y herbicidas– aplicados de forma simultánea en diferentes combinaciones causa un descenso en el crecimiento y supervivencia de la especie modelo Arabidopsis thaliana.

Así pues, mientras que uno o incluso dos estreses pueden no tener un efecto significativo en un área agrícola o un ecosistema, la adición de más factores (cada uno sin un efecto aparente cuando se aplica individualmente) podría causar una disminución inesperada y dramática en el rendimiento y supervivencia de las plantas. Este hecho sugiere que en la naturaleza podemos no ser capaces de predecir cómo los diferentes estreses están afectando a las plantas o a un ecosistema hasta que es demasiado tarde.

Las conclusiones obtenidas de los estudios sobre combinaciones multifactoriales de estreses deberían servir como una advertencia a la sociedad: si no limitamos el número y la intensidad de distintos estreses asociados al cambio climático que introducimos en nuestro entorno, podemos encaminarnos hacia un planeta que no soporte el rápido aumento del crecimiento de nuestra especie.

Cómo mejorar el rendimiento de los cultivos

Las observaciones alarmantes en la planta Arabidopsis thaliana deben ser corroboradas por estudios adicionales que aborden las respuestas de diferentes especies de plantas, microbiomas y cultivos a las combinaciones de estreses.

A partir de enfoques multidisciplinares podemos mitigar los efectos negativos en relación con la producción agrícola. Estos deben incluir la mejora y la ingeniería de plantas para desarrollar variedades resistentes, el aumento de la biodiversidad de cultivos utilizados en la agricultura y la manipulación de las interacciones planta-microbiota.

Tal enfoque integraría experimentos de laboratorio, en cámaras de cultivo, invernaderos y campos para evaluar las respuestas de las plantas a través de estudios de asociación del genoma completo de diferentes cultivos y especies.

Además, otros campos de investigación, como las ciencias de los materiales, la nanotecnología, la física y la química, así como el uso de métodos avanzados de agricultura de precisión, podrían complementar los trabajos de mejora y protección de las plantas y cultivos frente a los efectos devastadores del cambio climático.

Conocer cómo interactúan entre sí los distintos genes, hormonas y metabolitos que regulan cada una de las respuestas de las plantas al estrés y cómo interactúan durante combinaciones multifactoriales de estreses es clave para producir plantas tolerantes a las combinaciones de factores ambientales. El camino es largo y el tiempo se agota.

Sara Izquierdo Zandalinas, Investigadora del programa Ramón y Cajal, Universitat Jaume I; Lidia Soto Pascual, Estudiante de doctorado en el área Bioquímica y Biología Molecular, Universitat Jaume I; María Fernanda López Climent, Profesor ayudante doctor en el Área de Producción Vegetal, Universitat Jaume I y Vicente Vives Peris, Investigador postdoctoral del Área de Producción Vegetal, Universitat Jaume I

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.