La primera línea de defensa de una planta contra el estrés abiótico está en sus raíces. Si el suelo que sostiene a la planta es sano y biológicamente diverso, la planta tendrá más posibilidades de sobrevivir a las condiciones de estrés.
Las respuestas de la planta al estrés dependen del tejido u órgano afectado por el estrés. Por ejemplo, las respuestas transcripcionales al estrés son específicas del tejido o de la célula en las raíces y son muy diferentes según el estrés de que se trate.
Una de las principales respuestas al estrés abiótico, como la alta salinidad, es la alteración de la relación Na+/K+ en el citoplasma de la célula vegetal. Las altas concentraciones de Na+, por ejemplo, pueden disminuir la capacidad de la planta para captar agua y también alterar las funciones de enzimas y transportadores. Las adaptaciones evolucionadas para restaurar eficazmente la homeostasis iónica celular han dado lugar a una amplia variedad de plantas tolerantes al estrés.
La facilitación, o las interacciones positivas entre diferentes especies de plantas, es una intrincada red de asociación en un entorno natural. Es la forma en que las plantas trabajan juntas. En zonas de mucho estrés, el nivel de facilitación es también especialmente alto. Esto podría deberse a que las plantas necesitan una red más fuerte para sobrevivir en un entorno más duro, por lo que sus interacciones entre especies, como la polinización cruzada o las acciones mutualistas, se vuelven más comunes para hacer frente a la severidad de su hábitat.
Las plantas también se adaptan de forma muy diferente entre sí, incluso de una planta que vive en la misma zona. Cuando un grupo de especies de plantas diferentes fue incitado por una variedad de señales de estrés diferentes, como la sequía o el frío, cada planta respondió de forma única. Casi ninguna de las respuestas fue similar, a pesar de que las plantas se habían acostumbrado exactamente al mismo entorno doméstico.
Los suelos serpentinos (medios con bajas concentraciones de nutrientes y altas concentraciones de metales pesados) pueden ser una fuente de estrés abiótico. Inicialmente, la absorción de iones metálicos tóxicos está limitada por la exclusión de la membrana celular. Los iones que se absorben en los tejidos se secuestran en las vacuolas celulares. Este mecanismo de secuestro se ve facilitado por las proteínas de la membrana de la vacuola. Un ejemplo de plantas que se adaptan a los suelos serpentinos son las metalófitas, o hiperacumuladoras, ya que son conocidas por su capacidad de absorber metales pesados mediante la translocación de la raíz al brote (que absorberá en los brotes en lugar de la propia planta). También se extinguen por su capacidad de absorber las sustancias tóxicas de los metales pesados.
Se ha propuesto el cebado químico para aumentar la tolerancia al estrés abiótico en las plantas de cultivo. En este método, que es análogo a la vacunación, se introducen en la planta agentes químicos inductores de estrés en dosis breves para que la planta comience a preparar mecanismos de defensa. Así, cuando se produce el estrés abiótico, la planta ya tiene preparados mecanismos de defensa que pueden activarse más rápidamente y aumentar la tolerancia.
Impacto en la producción de alimentos
El estrés abiótico afectó sobre todo a las plantas que están en la industria agrícola. Principalmente debido a su constante necesidad de ajustar los mecanismos a través de los efectos del cambio climático como el frío, la sequía, la salinidad, el calor, las toxinas, etc.
- El arroz (Oryza sativa) es un ejemplo clásico. El arroz es un alimento básico en todo el mundo, especialmente en China e India. Las plantas de arroz sufren diferentes tipos de estrés abiótico, como la sequía y la alta salinidad. Estas condiciones de estrés tienen un impacto negativo en la producción de arroz. Se ha estudiado la diversidad genética entre varias variedades de arroz con diferentes genotipos utilizando marcadores moleculares.
- El garbanzo experimenta sequías que afectan a su producción, ya que se consideraba uno de los alimentos más significativos que se utilizaban en todo el mundo.
- El trigo es uno de los principales cultivos que se ven mayormente afectados por la sequía ya que la falta de agua afectaría el desarrollo de la planta, haciendo que las hojas se marchiten en el proceso.
- El maíz tiene un par de factores que afectan al propio cultivo. Los principales ejemplos son la alta temperatura y la sequía que fue responsable de los cambios en el desarrollo de la planta y de la pérdida de los cultivos de maíz, respectivamente..
- La soja no sólo afecta a la propia planta por la sequía, sino también a la producción agrícola, ya que el mundo depende de la soja para su fuente de proteínas.
El estrés salino en las plantasEditar
La salinización del suelo, la acumulación de sales solubles en agua hasta niveles que impactan negativamente en la producción de las plantas, es un fenómeno global que afecta a aproximadamente 831 millones de hectáreas de tierra. Más concretamente, el fenómeno amenaza al 19,5% de las tierras agrícolas de regadío del mundo y al 2,1% de las tierras agrícolas de secano. Un alto contenido de salinidad en el suelo puede ser perjudicial para las plantas porque las sales solubles en agua pueden alterar los gradientes de potencial osmótico y, en consecuencia, inhibir muchas funciones celulares. Por ejemplo, un alto contenido de salinidad en el suelo puede inhibir el proceso de fotosíntesis al limitar la captación de agua de la planta; los altos niveles de sales solubles en agua en el suelo pueden disminuir el potencial osmótico del suelo y, en consecuencia, disminuir la diferencia de potencial hídrico entre el suelo y las raíces de la planta, limitando así el flujo de electrones del H2O al P680 en el centro de reacción del Fotosistema II.
A lo largo de las generaciones, muchas plantas han mutado y construido diferentes mecanismos para contrarrestar los efectos de la salinidad. Un buen combatiente de la salinidad en las plantas es la hormona etileno. El etileno es conocido por regular el crecimiento y el desarrollo de las plantas y hacer frente a las condiciones de estrés. Muchas proteínas centrales de la membrana de las plantas, como ETO2, ERS1 y EIN2, se utilizan para la señalización del etileno en muchos procesos de crecimiento de las plantas. Las mutaciones en estas proteínas pueden provocar una mayor sensibilidad a la sal y limitar el crecimiento de las plantas. Se han estudiado los efectos de la salinidad en plantas de Arabidopsis que tienen mutadas las proteínas ERS1, ERS2, ETR1, ETR2 y EIN4. Estas proteínas se utilizan para la señalización de etileno contra ciertas condiciones de estrés, como la sal y el precursor de etileno ACC se utiliza para suprimir cualquier sensibilidad al estrés salino.
La inanición de fosfato en las plantasEditar
El fósforo (P) es un macronutriente esencial necesario para el crecimiento y desarrollo de las plantas, pero la mayor parte del suelo del mundo está limitado en este importante nutriente para las plantas. Las plantas pueden utilizar el P principalmente en forma de fosfato inorgánico soluble (Pi), pero están sometidas a un estrés abiótico de limitación de P cuando no hay suficiente PO4 soluble disponible en el suelo. El fósforo forma complejos insolubles con el Ca y el Mg en suelos alcalinos y con el Al y el Fe en suelos ácidos, lo que hace que no esté disponible para las raíces de las plantas. Cuando el P biodisponible en el suelo es limitado, las plantas muestran un amplio fenotipo de estrés abiótico, como raíces primarias cortas y más raíces laterales y pelos radiculares para hacer más superficie disponible para la absorción de Pi, exudación de ácidos orgánicos y fosfatasa para liberar Pi de las moléculas complejas que contienen P y hacerlo disponible para los órganos de las plantas en crecimiento. Se ha demostrado que el PHR1, un factor de transcripción relacionado con el MYB, es un regulador principal de la respuesta a la falta de P en las plantas. También se ha demostrado que PHR1 regula una amplia remodelación de lípidos y metabolitos durante el estrés por limitación de fósforo
Estrés por sequíaEditar
El estrés por sequía, definido como el déficit de agua que se produce de forma natural, es una de las principales causas de pérdida de cultivos en el mundo agrícola. Esto se debe a la necesidad de agua en muchos procesos fundamentales en el crecimiento de las plantas. En los últimos años ha cobrado especial importancia encontrar una forma de combatir el estrés por sequía. La disminución de las precipitaciones y el consiguiente aumento de la sequía son muy probables en el futuro debido al aumento del calentamiento global. Las plantas han ideado muchos mecanismos y adaptaciones para tratar de hacer frente al estrés por sequía. Una de las principales formas en que las plantas combaten el estrés por sequía es cerrando sus estomas. Una hormona clave que regula la apertura y el cierre de los estomas es el ácido abscísico (ABA). La síntesis del ABA hace que éste se una a los receptores. Esta unión afecta a la apertura de los canales de iones, disminuyendo así la presión de turgencia en los estomas y provocando su cierre. Estudios recientes, realizados por González-Villagra, y otros, mostraron cómo los niveles de ABA aumentaron en las plantas estresadas por la sequía (2018). Demostraron que cuando las plantas se encontraban en una situación de estrés producían más ABA para tratar de conservar el agua que tuvieran en sus hojas. Otro factor extremadamente importante para hacer frente al estrés por sequía y regular la captación y exportación de agua son las acuaporinas (AQP). Las AQP son proteínas integrales de membrana que forman canales. La principal función de estos canales es el transporte de agua y otros solutos necesarios. Las AQP están reguladas tanto a nivel transcripcional como post-transcripcional por muchos factores diferentes, como el ABA, el GA3, el pH y el Ca2+, y los niveles específicos de AQP en ciertas partes de la planta, como las raíces o las hojas, ayudan a atraer la mayor cantidad de agua posible a la planta. Al comprender tanto el mecanismo de las AQP como la hormona ABA, los científicos podrán producir mejor plantas resistentes a la sequía en el futuro.
Una cosa interesante que se ha encontrado en las plantas que están constantemente expuestas a la sequía, es su capacidad para formar una especie de «memoria». En un estudio realizado por Tombesi y otros, descubrieron que las plantas que habían estado expuestas previamente a la sequía eran capaces de idear una especie de estrategia para minimizar la pérdida de agua y disminuir su uso. Descubrieron que las plantas que habían estado expuestas a condiciones de sequía cambiaron realmente la forma en que regulaban sus estomas y lo que llamaron «margen de seguridad hidráulica» para disminuir la vulnerabilidad de la planta. Al cambiar la regulación de los estomas y, posteriormente, la transpiración, las plantas fueron capaces de funcionar mejor en situaciones en las que la disponibilidad de agua disminuía.