(SLT-FAUBA) Desde los tiempos del mismísimo Charles Darwin se sabe que las plantas responden al ambiente lumínico ajustando su crecimiento y desarrollo. Mucha luz atravesó la atmósfera hasta que se empezaron a descubrir los mecanismos tras esas respuestas. Hoy se sabe que gracias a mecanismos sofisticados son capaces de detectar la presencia de vecinos y de responder en consecuencia —algo que tal vez el bueno de Charles ni siquiera haya imaginado.
Pero ¿cómo serán esas respuestas cuando las plantas crecen juntas, como en un cultivo? Esta es la pregunta que lo llevó a Jorge Casal, profesor titular en la Cátedra de Fisiología Vegetal de la Facultad de Agronomía (FAUBA) y recientemente distinguido en el exterior (ver recuadro), a realizar una serie de experimentos que mostraron que Arabidopsis thaliana, una planta muy estudiada en Biología Vegetal, es capaz de distinguir a parientes y a extraños según su fisonomía.
El estudio —publicado en la revista científica New Phytologist en enero pasado— demostró que al crecer con parientes, Arabidopsis reordenaba las hojas de tal forma que sombreaba menos a sus vecinas que cuando crecía con otras Arabidopsis genéticamente distintas. “Cultivamos las plantitas en hilera, simulando la situación más frecuente en cultivos”, explica Casal, quien también es investigador superior del CONICET y jefe del Laboratorio de Fisiología Molecular de Plantas del Instituto Leloir. “Algunas hileras contenían sólo plantas genéticamente similares; otras tenían mezclas de distintos materiales genéticos. Cuando la vecina era una planta emparentada con la que estábamos mirando, la respuesta consistía en que las hojas no crecían sobre la vecina sino hacia el espacio fuera de la hilera, sombreándose proporcionalmente más a sí misma. Cuando era genéticamente diferente, la reacción variaba: las hojas se entrecruzaban al azar y se sombreaban más entre sí.”
Hilera de Arabidopsis cultivadas en macetas individuales
Jorge Casal y María Crepy —ex tesista doctoral en la Cátedra de Fisiología Vegetal (FAUBA) y co-autora del estudio; actualmente, investigadora del CONICET en la E.E.A. Concepción del Uruguay (INTA)— compararon la productividad de las plantas en dos situaciones: hileras donde los individuos eran genéticamente similares y se reconocían entre sí como parientes, e hileras donde los parientes, por mínimas diferencias genéticas, eran incapaces de reconocerse como tales. Los investigadores encontraron que la capacidad de rotar las hojas hacia fuera de la fila era beneficiosa: en la primera situación, las plantas produjeron más semillas. Dado que en los cultivos de granos los individuos son genéticamente similares, la habilidad de reorientar las hojas podría tener un impacto notable sobre los rendimientos.
Las cincuenta sombras de Arabidopsis
Las plantas perciben los cambios lumínicos en su ambiente gracias a los fitocromos y a otros receptores. Se trata de proteínas que, a modo de ojos, les permiten “ver”, entre otras cosas, de dónde viene la luz, cuánto tiempo dura y qué cantidad reciben. En este experimento, la capacidad de Arabidopsis para diferenciar a sus vecinos se relacionó directamente con su habilidad para monitorear el perfil vertical de luz y sombra que produjeron las otras plantas al reflejar la luz del sol.
“El perfil es como un sello de identidad”, explica Casal. “Los distintos genotipos de Arabidopsis en nuestro estudio tenían portes diferentes: un poco más altas, un poco más bajas, un poco más anchas. Por lo tanto, sus respectivos perfiles verticales de la luz también diferían. Entonces, ¿por qué se produce esto de responderle a una pariente y no a una extraña? Porque dos plantas genéticamente iguales tienen el mismo porte y —por lo tanto— generan el mismo perfil de luz. Las parientes se reconocen porque producen y reconocen las señales lumínicas a la misma altura; esto no sucede cuando las plantas poseen diferencias genéticas. El mecanismo de la percepción es muy fino.”
Todo queda en familia
Casal y Crepy investigaron cómo las plantas respondían a la luz que les llegaba de las vecinas, pero a nivel poblacional. Foto: Luis Pozzi.
El hecho de que Arabidopsis percibiera a sus parientes y que al reorientar las hojas se sombrearan menos ente sí aviva un debate científico acerca de si las plantas pueden tener reacciones altruistas. “Es una cuestión bastante discutida”, explica Casal. “Otros grupos estudiaron las relaciones entre raíces de parientes y no-parientes cultivados en una misma maceta. Al ver que las raíces de las plantas emparentadas dejaban de crecer, concluían que era una relación altruista. Sin embargo, hay dos interpretaciones posibles: o la respuesta es de mutuo beneficio, o bien dejan de crecer porque se están ‘matando’ en la competencia. En realidad, no se puede saber.” En este trabajo, los investigadores cultivaron cada planta en su propia maceta, por lo que evitaron la competencia radical. “Está claro que nuestras Arabidopsis, entre comillas, evadieron la competencia con sus parientes”, concluye Casal.
Evitar la competencia con parientes tiene ventajas y desventajas. Por un lado, representa un beneficio ya que el sombreado entre vecinos es menor, pero por otro lado tiene un costo: aumenta el autosombreado. Para saber si el balance final de esta cooperación familiar fue favorable o no, Casal y Crepy midieron la producción de semillas viables en distintos escenarios y hallaron que en Arabidopsis, el beneficio colectivo por “evitar” el sombreado mutuo fue mayor que el costo individual por sombrearse más a sí mismas. El balance arrojó un resultado positivo a favor de las plantas que reconocieron a sus parientes y pudieron reorientar sus hojas.
Los cultivos de grano a gran escala, como por ejemplo el maíz, la soja y el girasol, consisten en individuos de genotipos similares, de la misma edad, creciendo a altas densidades dentro de las hileras. Jorge Casal sostiene que el descubrimiento de estas relaciones de colaboración entre parientes “podría mejorar el rendimiento de los cultivos; es decir, producir una mayor cantidad de granos en menos espacio.” Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el estudio fue realizado con Arabidopsis y en condiciones de laboratorio. Por esa razón, agrega con cautela: “nuestro trabajo aún requiere ser demostrado en grandes extensiones.”
Entre los primeros del mundo
En 2014, Jorge Casal fue distinguido por la Fundación Alexander Von Humboldt como uno de los ocho mejores biólogos vegetales del mundo. A través de su tarea diaria en investigación y docencia, Casal contribuye a mantener los elevados estándares de formación de sus estudiantes y participa en el fortalecimiento de las competencias del plantel docente de la FAUBA. Sus descubrimientos no sólo han sido trascendentales para la biología vegetal sino también para develar aspectos relevantes de los cultivos y para optimizar prácticas de producción agropecuaria.
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