Las plantas son muy alargadas y se doblan para permitir el acceso de la luz solar a cada una de sus hojas. A pesar de observar este fenómeno durante siglos, los científicos no lo comprenden completamente. Ahora, los científicos del Instituto Salk han descubierto que dos factores vegetales, la proteína PIF7 y la auxina de la hormona del crecimiento, son desencadenantes que aceleran el crecimiento cuando las plantas están a la sombra y expuestas a altas temperaturas al mismo tiempo. sitio web oficial del Instituto.
Los hallazgos, publicados en la revista Nature Communications el 29 de agosto de 2022, ayudarán a los científicos a predecir cómo responderán las plantas al cambio climático y aumentarán los rendimientos a pesar de que el calentamiento global dañe los cultivos.
"En este momento, estamos cultivando cultivos a una cierta densidad, pero nuestros resultados indican que tendremos que reducir esa densidad para optimizar el crecimiento de las plantas a medida que cambia el clima", dice la autora principal, la profesora Joanne Chory, directora de Plant Molecular del Instituto Salk. y Laboratorio de Biología Celular y Howard, investigador del Instituto Médico Hughes. "Comprender la base molecular de cómo las plantas responden a la luz y la temperatura nos permitirá ajustar la densidad de plantación para producir los mejores rendimientos".
Durante la germinación, las plántulas alargan rápidamente sus tallos para atravesar el suelo y capturar la luz del sol lo más rápido posible. Normalmente, el tallo ralentiza su crecimiento tras la exposición a la luz solar. Pero el tallo puede volver a alargarse rápidamente si la planta compite con las plantas circundantes por la luz solar o aumenta la distancia entre el suelo caliente y las hojas de la planta en respuesta al aumento de las temperaturas. Si bien ambas condiciones ambientales, la sombra y las altas temperaturas, estimulan el crecimiento del tallo, también reducen los rendimientos.
En este estudio, los científicos compararon plantas que crecen a la sombra y temperaturas cálidas al mismo tiempo, condiciones que imitan las altas densidades de plantación y el cambio climático. Los científicos utilizaron la planta modelo Arabidopsis thaliana, así como el tomate y un pariente cercano del tabaco, porque estaban interesados en ver si las tres especies de plantas se veían igualmente afectadas por estas condiciones ambientales.
En las tres especies, el equipo de investigadores descubrió que las plantas crecían extremadamente altas cuando intentaban evitar la sombra creada por las plantas vecinas y al mismo tiempo estaban expuestas a temperaturas más altas. A nivel molecular, los investigadores encontraron que el factor de transcripción PIF7, una proteína que ayuda a activar y desactivar los genes, ayudó a impulsar el crecimiento. También encontraron que los niveles de auxina, una hormona del crecimiento, aumentaban cuando los cultivos encontraban plantas vecinas, lo que promovía el crecimiento en respuesta a temperaturas más altas simultáneas. Esta vía sinérgica de PIF7-auxina permitió que las plantas respondieran a su entorno y se adaptaran en busca de las mejores condiciones de crecimiento.
Un factor de transcripción relacionado, PIF4, también estimuló el alargamiento del tallo a altas temperaturas. Sin embargo, con una combinación de sombra y temperaturas elevadas, este factor ya no jugó un papel importante.
"Nos sorprendió descubrir que PIF4 no juega un papel importante porque estudios anteriores han demostrado la importancia de este factor en situaciones de crecimiento relacionadas", dice el primer autor del estudio, Yogev Burko, investigador del Instituto Salk y profesor asociado de la Organización para la Investigación Agrícola del Instituto de Volcanes de Israel. “El hecho de que PIF7 sea el principal motor de crecimiento de esta planta fue una verdadera sorpresa. Con este nuevo conocimiento, esperamos afinar la respuesta de crecimiento de varios cultivos para ayudarlos a adaptarse al cambio climático”.
Los investigadores creen que hay otro factor aún por descubrir que amplifica el efecto de PIF7 y auxina. Esperan explorar este factor desconocido en estudios futuros. El laboratorio de Berko también estudiará cómo se puede optimizar esta vía en los cultivos.
“Las temperaturas globales están aumentando, por lo que necesitamos cultivos alimentarios que puedan crecer en estas nuevas condiciones”, dice Chori, colíder de la Iniciativa de Uso de Plantas de Salk y Presidente de Biología Vegetal de Howard H. y Maryam R. Newman. “Hemos identificado los factores clave que regulan el crecimiento de las plantas a altas temperaturas, lo que nos ayudará a producir cultivos más productivos para alimentar a las generaciones futuras”.