La prestigiosa revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) acaba de publicar un artículo de un grupo de investigación del Centro Hispanoluso de Investigaciones Agrarias (Ciale) de la Universidad de Salamanca en el que se revelan importantes aspectos del papel del óxido nítrico (NO) en el crecimiento y desarrollo de las plantas. Los investigadores han descubierto que esta molécula gaseosa, que prolifera en situaciones de estrés para los vegetales, detiene el crecimiento de la raíz y, por lo tanto, el desarrollo de toda la planta si está presente en cantidades excesivas. Este hallazgo puede tener importantes implicaciones para la agricultura.
"El óxido nítrico es un gas muy reactivo que tiene muchas repercusiones en el desarrollo de los vegetales, aunque no se conoce mucho sobre ello", ha afirmado en declaraciones a DiCYT Óscar Lorenzo, investigador que lidera el grupo del Ciale que ha logrado publicar este trabajo en PNAS. En el caso de los organismos animales se sabe mucho más acerca del papel del NO como vasodilatador. Como curiosidad, el científico recuerda que es uno de los principios activos de la viagra. Sin embargo, en el caso de las plantas, sólo se conocía su papel en procesos de defensa, en la interacción entre planta y patógeno, pero hasta ahora no se sabía casi nada acerca de sus funciones en el crecimiento y desarrollo.
Por eso, este proyecto estaba enfocado a "entender el papel del NO en procesos de crecimiento vegetal" y el resultado de los experimentos es que "altera muchísimo el desarrollo de la raíz de la planta, casi lo inhibe", señala el experto. Aunque este fenómeno ya había sido descrito en plantas como el tomate, no se conocía el mecanismo molecular por el cual se producía este acortamiento de la raíz del vegetal cuando hay grandes cantidades del gas ni qué significado tiene esto. Los científicos del Ciale lo han determinado en este trabajo utilizando la planta 'Arabidopsis thaliana', empleada habitualmente como modelo en investigación vegetal.
La clave está en la relación del NO con las auxinas, unas hormonas que determinan el crecimiento y desarrollo vegetal. "Fueron las primeras hormonas vegetales que se descubrieron y son promotoras del crecimiento y desarrollo", comenta Óscar Lorenzo, pues bien, "nosotros hemos visto que el NO afecta al transporte de las auxinas" gracias a herramientas genéticas, moleculares y celulares.
"Esta hormona se sintetiza en las hojas de las plantas y hace que crezca la parte verde, pero también la raíz", pero para llegar a la raíz y hacer que ésta crezca tiene que ser transportada. En esta parte de la investigación colaboró un grupo de investigación de la Wake Forest University de Carolina del Norte, en Estados Unidos que tiene un convenio con la Universidad de Salamanca. Los americanos comprobaron que el transporte desde las hojas de la planta a la raíz se ve disminuido en una planta que ha sido modificada genéticamente para que produzca más óxido nítrico.
En definitiva, "cuando hay altos niveles de NO se reduce el transporte de la hormona", resume el investigador. "Nosotros comprobamos que el transporte estaba afectado porque tanto en la planta mutada como en otras plantas con altas concentraciones de NO desaparecía la proteína que se encarga del transporte de la auxinas a la raíz", un transporte que se realiza célula a célula de arriba hacia abajo en la planta.
"Al ver que el crecimiento de la raíz se ve afectado, observamos el meristemo de la raíz principal, que es donde se ubican las células madre a partir de las cuales se generan todas las demás células", explica María Fernández Marcos, una de las investigadoras que ha participado en este trabajo y que ha elaborado su tesis doctoral a partir de la información obtenida. El meristemo cambia, según comprobaron los científicos, en situaciones de altas concentraciones de NO y en la planta mutante. En concreto observaron "una reducción del tamaño del meristemo y una elongación de sus células. Como consecuencia, el tamaño global del meristemo disminuye y la raíz primaria también".
Además, el hecho de que en esta parte se concentren esas células madre o células iniciadoras que dan lugar al resto de las células vegetales, hace que el exceso de NO modifique no sólo procesos de crecimiento sino también de diferenciación celular, haciendo que tejidos que en una planta normal tardan más tiempo en diferenciarse, en este caso lo hagan rápidamente.
"Hemos querido comprobar también si la tasa de división de las células estaba afectada, es decir, si esas células se habían dividido menos y por eso teníamos el tamaño del meristemo reducido", comenta la investigadora. Para ello, usaron genes marcadores o reportadores que "te dicen qué está pasando en un momento puntual". Así, determinaron que en grandes cantidades de NO hay menor número de células dividiéndose en el meristemo y por eso la raíz y la planta alcanzan un menor tamaño.
En situaciones de estrés
Estos aspectos de división celular, elongación y diferenciación de la raíz están muy relacionados con las auxinas, ya que son las encargadas de modular todos estos procesos. "Ya se sabía que las auxinas controlan todas las etapas del desarrollo de la planta y nosotros hemos mostrado que a altos niveles de NO, como los que ocurren en situaciones de estrés, afectan negativamente a ese desarrollo", apunta Luis Sanz, otro de los miembros del grupo, experto en el análisis celular vegetal tras haber pasado por la Universidad de Cambridge, en el Reino Unido.
"Ahora queremos ver cómo la planta responde ante un estrés determinado", comenta, es decir, un estrés hídrico (falta de agua), salino (exceso de salinidad) o provocado por el ataque de organismo patógenos, por ejemplo. El planteamiento es que el NO podría regular los procesos de crecimiento y desarrollo o incluso detenerlos en algún momento en situaciones de estrés. Cuando estas situaciones se producen, lo primero que hace la planta es intentar defenderse, así que detiene los procesos de crecimiento para concentrar todos sus esfuerzos en esa defensa.
Por eso, el siguiente paso en esta línea de investigación cambiará ligeramente el enfoque: en lugar de usar plantas mutantes con exceso de NO, los científicos trabajarán con mutantes que carecen de este gas para averiguar cómo responden ante situaciones de estrés. "Los mutantes que acumulan más NO son más resistentes a determinados tipos de estrés. Partiendo de ese hecho, queremos ver qué pasa si las plantas carecen de óxido nítrico", indica Luis Sanz.
La línea de investigación de este equipo del Ciale apunta a que, probablemente, un organismo vegetal es capaz de integrar las señales ambientales dentro de su programa de crecimiento y desarrollo y adecuarlo para defenderse ante situaciones de estrés. Para ello, el NO sería un regulador clave.
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