FRIJOL MÁS RESISTENTES A LA SEQUÍA

frijol

Alejandra Covarrubias Robles, investigadora del Instituto de Biotecnología

Desarrollado en el Instituto de Biotecnología de la UNAM

Un tipo de proteínas con una gran capacidad para asociarse con el agua, llamadas hidrofilinas, participa en la adaptación natural que desarrollan las plantas de frijol para sobrevivir con poco líquido.

Alejandra Covarrubias Robles, investigadora del Instituto de Biotecnología (IBt) de la UNAM, centra sus estudios en esas moléculas que modifican su estructura según la disponibilidad del recurso, y protegen a algunas enzimas sensibles a la deshidratación.

“Las hidrofilinas tienen capacidad para asociarse al agua, superior al promedio de las proteínas de una célula; por esa característica y su riqueza en aminoácidos pequeños, particularmente glicina, no adoptan una estructura tridimensional estable, lo que permite modificar su estructura de acuerdo a la cantidad del líquido disponible en su microambiente”, detalló.

La universitaria, que estudia los mecanismos genéticos y moleculares que permiten al frijol sobrevivir al estrés hídrico, cada vez más extendido en zonas agrícolas del planeta, señaló que esta interacción ayuda a que se mantenga la estructura funcional bajo condiciones de poca disponibilidad de agua, que pueden inducir cambios conformacionales en proteínas o ácidos nucleicos que afectan su actividad en diferentes grados.

Si el agua disponible disminuye, se inducen señales que llevan a la acumulación de las hidrofilinas para proteger la actividad de otras proteínas y/o ácidos nucleicos necesarios para mantener la funcionalidad de los diferentes tipos celulares bajo esas condiciones.

SEQUÍA RECIENTE

Covarrubias señaló que el 60 por ciento de la producción mundial de frijol se obtiene bajo condiciones de déficit hídrico, lo que ha llevado a considerar a la sequía como el segundo factor más limitante para su rendimiento, después de las enfermedades.

En América Latina, 73 por ciento de la producción se genera en micro-regiones con déficit hídrico, desde moderado hasta severo, a lo largo del período de cultivo. Sólo un siete por ciento de la extensión de siembra en esta región del continente posee condiciones adecuadas de irrigación.

En México, el 84 por ciento del frijol se obtiene en condiciones de temporal, y el principal ciclo agrícola de esta planta es el de primavera-verano, en el que se cosecha el 81 por ciento de la producción.

La región templada-semiárida, que comprende Zacatecas, Durango, San Luis Potosí, Guanajuato y Chihuahua, es donde se siembra la mayor superficie de la leguminosa, que aporta 74 por ciento de la producción en el ciclo mencionado.

“Esta zona presenta precipitaciones anuales promedio entre 400 y 600 milímetros, y en años con menores niveles, se pierde por sequía hasta el 45 por ciento de las hectáreas cultivadas, como ocurrió en 1999”, recordó la científica.

Esta situación se agrava por la variabilidad en la distribución de la precipitación pluvial en el ciclo vegetativo.

IDENTIFICAN, AÍSLAN Y CLONAN

Para entender el mecanismo básico que desarrollan esas plantas para contender con la escasez de agua y ofrecer, a futuro, alternativas como el desarrollo de frijol transgénico más resistente a la sequía, Covarrubias y sus colaboradores han descrito y caracterizado diferentes hidrofilinas de vegetales, bacterias y levaduras, con enfoques genéticos, bioquímicos y moleculares.

Recientemente, ha trabajado con hidrofilinas vegetales, también conocidas como proteínas LEA (por las siglas en inglés de Late Embriogenesis Abundant), porque se acumulan con abundancia en la fase de maduración de la semilla, en el momento que inicia la etapa de deshidratación, obligatoria para mantener su viabilidad.

“Hemos identificado, aislado y caracterizado varias hidrofilinas y sus genes de plantas de frijol y de Arabidopsis thaliana, establecida como modelo experimental por su tamaño pequeño y su genoma, su corto ciclo de vida y lo detallado de la caracterización de diferentes procesos”.

La investigadora ha utilizado enfoques moleculares, genéticos, bioquímicos y fisiológicos para tener un panorama integral del desarrollo de la planta y su respuesta a condiciones de limitación del líquido.

“Entre los más representativos de este estudio están el establecimiento de ensayos in vitro, en los que utilizamos varias hidrofilinas que previamente clonamos, expresamos y purificamos, para analizar su capacidad protectora sobre enzimas blanco sensibles a deshidratación”, señaló.

El resultado demostró que las proteínas son capaces de proteger a otras de los efectos de la deshidratación a través de prevenir cambios conformacionales en las enzimas blanco que afectan su actividad.

Otro enfoque ha sido el análisis funcional in vivo, con el empleo de mutantes en los genes que codifican alguna de las familias génicas para estas proteínas en Arabidopsis.

Este conocimiento ha proporcionado pautas para probar el uso de algunos de estos genes como marcadores moleculares, que pudieran auxiliar a los agrónomos en la selección de plantas más tolerantes a la sequía.

“Hemos demostrado que estas proteínas participan en la adaptación de organismos al déficit hídrico. También definimos que los criterios que definen a las hidrofilinas son excelentes pronosticadores de la participación de una proteína en situaciones de limitación de agua, porque éstas se acumulan bajo cualquier condición que induzca una disminución del recurso disponible”.

Estas y otras evidencias han llevado a Covarrubias a proponer que las hidrofilinas representan adaptaciones análogas a un problema común en organismos tan diversos como procariotes y eucariotes. Por ello, su estudio tendrá un impacto más allá del conocimiento mismo de la respuesta de las plantas a la sequía que, de por sí, ya es relevante.

DAÑOS POR FALTA DE AGUA

Entre los efectos más notables que la limitación de agua causa sobre las plantas de frijol y de otras especies, destaca la disminución en la velocidad de crecimiento, que reduce la biomasa de la planta.

La escasez de agua también daña la reproducción, lo que disminuye la productividad de hojas, raíces y semillas, y genera una mayor sensibilidad ante el ataque de patógenos. De ahí, su relevancia en cuanto al impacto negativo que tiene en general sobre los cultivos de importancia agronómica.

“Esos efectos son resultado del impacto sobre diversos procesos a diferentes niveles (genético, metabólico, fisiológico), y es el caso de la disminución en la síntesis de proteínas para evitar un gasto fútil, dado que las condiciones no son las más favorables para crecer; o bien, la disminución de la eficiencia fotosintética, es decir, menor capacidad de la planta de fijar dióxido de carbono en azúcares utilizables”, destacó.

La investigadora del IBt señaló que la respuesta que desarrolla este vegetal depende no sólo del tipo de estrés ambiental al que se enfrenta, sino de la severidad del mismo, del tiempo que dure, del estado de desarrollo de la planta y de la presencia simultánea de más de un estímulo estresante, como calor y sequía.

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