Descubrimiento fortuito: transformar plántulas en plantas superiores con una exposición química poco común

por Amir Hussein
6 comentarios
Ethylene Priming in Plants

Exponer las semillas a sustancias químicas específicas durante su etapa de semilla, un proceso conocido como "cebado", puede influir significativamente en su crecimiento posterior.

Un nuevo hallazgo realizado por investigadores revela que el tratamiento de semillas con gas etileno mejora su crecimiento y resistencia al estrés. Este hallazgo, que destaca la mejora de la fotosíntesis y la generación de carbohidratos en las plantas, representa un posible avance para impulsar la productividad agrícola y la resiliencia a los desafíos ambientales.

Las plantas, como todos los organismos, son susceptibles al estrés, comúnmente por calor o sequía, lo que puede impedir su crecimiento o reducir el rendimiento. Esto plantea desafíos para la agricultura, lo que impulsa esfuerzos para diseñar genéticamente plantas más robustas.

Sin embargo, las plantas diseñadas para obtener mayores rendimientos a menudo muestran una tolerancia reducida al estrés debido a su asignación de energía hacia el crecimiento en lugar de la defensa contra el estrés. Por el contrario, mejorar la resiliencia al estrés puede conducir a una disminución del crecimiento. Este dilema complica los esfuerzos por elevar la producción agrícola.

Mi investigación se ha centrado en cómo la hormona vegetal etileno influye en el crecimiento de las plantas y la respuesta al estrés. En un estudio publicado en julio de 2023, mi laboratorio hizo una observación sorprendente y prometedora. Descubrimos que la germinación de semillas en la oscuridad, algo común bajo tierra, responde positivamente a la exposición al etileno, mostrando un mayor crecimiento y tolerancia al estrés.

Etileno: una hormona vegetal clave

Las plantas, inmovilizadas por la naturaleza, no pueden evadir condiciones ambientales estresantes como el calor y la sequía. Perciben diversas señales ambientales, incluidas la luz y la temperatura, que influyen en su crecimiento, desarrollo y manejo del estrés. El etileno, una hormona fundamental en esta red reguladora, ayuda a las plantas a adaptarse a su entorno.

Identificado por primera vez hace más de un siglo como una hormona vegetal gaseosa, el etileno es producido por todas las plantas terrestres estudiadas hasta la fecha. Desempeña funciones más allá del crecimiento y la respuesta al estrés, incluidos los cambios de color de las hojas en otoño y la maduración de los frutos.

Utilizando etileno para 'preparar' las plantas

Nuestro laboratorio se especializa en comprender cómo las plantas y bacterias detectan el etileno y su interacción con otras vías hormonales en el desarrollo de las plantas. Durante nuestra investigación, nos topamos con un descubrimiento inesperado.

En un experimento que involucraba la germinación de semillas en la oscuridad, expusimos las semillas al gas etileno durante varios días antes de retirarlo. Normalmente, nuestros experimentos concluirían en esta etapa. Sin embargo, después de recopilar datos, trasladamos las plántulas a un carrito liviano, con el objetivo de cultivar plantas adultas para la futura cosecha de semillas.

Unos días más tarde, observamos que las plántulas expuestas brevemente al etileno eran considerablemente más grandes, con hojas más expansivas y sistemas de raíces más intrincados, en comparación con las plantas no expuestas. Este crecimiento acelerado persistió durante toda su vida.

La imagen compara una planta sin imprimación con etileno (izquierda) con una planta imprimada con etileno (derecha), ambas de la misma edad, del laboratorio Binder de la Universidad de Tennessee, Knoxville.

Investigamos si varias especies de plantas respondieron de manera similar a la exposición al etileno durante la germinación de las semillas. Nuestras pruebas incluyeron semillas de tomate, pepino, trigo y rúcula, todas las cuales mostraron un crecimiento mejorado.

Sorprendentemente, la breve exposición al etileno también aumentó su tolerancia a factores estresantes como la sal, las altas temperaturas y la falta de oxígeno.

Los efectos de preparación se refieren a mejoras en el crecimiento a largo plazo y en la tolerancia al estrés después de una breve exposición a estímulos. Este concepto, similar a cebar una bomba para una activación más fácil y rápida, se ha explorado en varias etapas de crecimiento de las plantas. La preparación de semillas con productos químicos y estresantes se estudia ampliamente por su simplicidad y potencial aplicabilidad agrícola.

Explorando los mecanismos

Después del experimento, nuestro laboratorio ha estado descifrando los mecanismos que permiten que estas plantas expuestas al etileno muestren un mayor crecimiento y tolerancia al estrés. Una hipótesis es que la preparación con etileno aumenta la fotosíntesis, donde las plantas convierten la luz en azúcares.

Nuestros hallazgos indican un aumento significativo en la fijación de carbono, lo que implica una mayor ingesta de CO₂ de la atmósfera.

Al aumento de la fotosíntesis corresponde un aumento en los niveles de carbohidratos de las plantas. Esto incluye almidón (una molécula vegetal que almacena energía) y azúcares como la sacarosa y la glucosa, cruciales para obtener energía inmediata. Estas concentraciones de moléculas más altas están relacionadas con un crecimiento amplificado y una mejor resistencia al estrés.

Nuestra investigación sugiere que las condiciones ambientales durante la germinación pueden afectar profunda y duraderamente a las plantas, mejorando potencialmente tanto su tamaño como su resistencia al estrés. Comprender estos mecanismos es cada vez más vital, lo que tiene implicaciones para mejorar el rendimiento de los cultivos a nivel mundial.

Escrito por Brad Binder, Profesor de Bioquímica y Biología Celular y Molecular de la Universidad de Tennessee.

Este artículo es una adaptación de una publicación original en The Conversation.

Preguntas frecuentes (FAQ) sobre la imprimación con etileno en plantas

¿Cuál es el principal hallazgo de la investigación sobre el crecimiento de las plantas?

La investigación descubrió que el tratamiento de semillas con gas etileno puede mejorar significativamente su crecimiento y tolerancia al estrés. Este avance podría conducir a mejores rendimientos de los cultivos y una mayor resiliencia contra los factores de estrés ambiental.

¿Cómo afecta el etileno al crecimiento de las plantas y a la tolerancia al estrés?

Se ha descubierto que el etileno, una hormona vegetal, aumenta tanto la tasa de crecimiento como la tolerancia al estrés de las plantas cuando las semillas se exponen a él durante la germinación. Esto incluye una mejor fotosíntesis y producción de carbohidratos en las plantas.

¿Qué tipos de estrés pueden soportar las plantas tratadas con etileno?

Las plantas expuestas al etileno durante la germinación de las semillas mostraron una mayor tolerancia a diversos tipos de estrés ambiental, incluido el estrés salino, las altas temperaturas y las condiciones de bajo oxígeno.

¿Se puede aplicar el tratamiento con etileno a diferentes especies de plantas?

Sí, la investigación encontró que los efectos positivos del tratamiento con etileno sobre el crecimiento y la tolerancia al estrés se observaron en varias especies de plantas, incluidos tomates, pepinos, trigo y rúcula.

¿Cuáles son los efectos a largo plazo de la exposición al etileno en las plantas?

Los efectos a largo plazo incluyen un crecimiento mejorado y sostenido a lo largo de la vida de la planta, caracterizado por hojas más grandes, sistemas de raíces más complejos y mayores niveles de carbohidratos, que contribuyen a una mejor resistencia al estrés.

Más sobre la imprimación con etileno en plantas

  • Investigación sobre etileno y crecimiento vegetal
  • Mejorar la resiliencia de los cultivos con etileno
  • El etileno en la innovación agrícola
  • El papel del etileno en la fotosíntesis y la tolerancia al estrés
  • Avances en el tratamiento con etileno para plántulas
  • Efectos de la imprimación con etileno en diferentes especies de plantas

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6 comentarios

Tom Wilson diciembre 26, 2023 - 1:12 am

Sin embargo, no estoy seguro de qué tan práctico sea esto para los agricultores comunes, parece que necesita equipos y demás especiales.

Responder
Alicia Verde diciembre 26, 2023 - 1:40 am

Gran artículo, pero algunos de los términos científicos se me pasaron por alto, ¿tal vez simplificarlos un poco la próxima vez?

Responder
Marcos Johnson diciembre 26, 2023 - 11:22 am

Creo que la parte sobre la tolerancia al estrés es realmente importante, especialmente con el cambio climático y todo eso.

Responder
bob miller diciembre 26, 2023 - 9:15 pm

Buen trabajo en la investigación, pero ¿no es el etileno también dañino de alguna manera? Sólo curioso.

Responder
Karen Davis diciembre 27, 2023 - 12:31 am

Me encantó leer esto, es sorprendente cuánto nos queda por aprender sobre las plantas y su crecimiento.

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Jenny Smith diciembre 27, 2023 - 12:53 am

Vaya, esto es súper interesante. ¡Nunca antes había pensado en el etileno de esta manera!

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