Los científicos han descubierto que algunas plantas, como el maíz o el sorgo, pueden sobrevivir en condiciones secas y estresantes controlando la pérdida de agua a través de sus hojas sin depender de su mecanismo normal: pequeños poros conocidos como estomas.
La fotosíntesis es el proceso en el que las plantas convierten la luz, el dióxido de carbono y el agua en azúcares que promueven el crecimiento de las plantas utilizando la principal enzima fotosintética Rubisco.
La mayoría de las especies de plantas de la Tierra utilizan la fotosíntesis C3, en la que el primer compuesto de carbono formado contiene tres átomos de carbono. En este proceso, el dióxido de carbono ingresa a la planta a través de estomas (poros microscópicos en las hojas de las plantas), donde, entre una serie de reacciones complejas, la enzima Rubisco fija el carbono en azúcar a través del ciclo de Calvin-Benson. Sin embargo, dos limitaciones clave ralentizan la fotosíntesis.
Primero. Rubisco apunta a la fijación de dióxido de carbono, pero también puede fijar moléculas de oxígeno, lo que crea un compuesto tóxico de dos carbonos. Rubisco fija oxígeno aproximadamente el 20 por ciento del tiempo, iniciando un proceso llamado fotorrespiración que procesa el compuesto tóxico. La fotorrespiración le cuesta a la planta energía que podría utilizar para la fotosíntesis. Y dos, cuando los estomas están abiertos y dejan entrar dióxido de carbono, también dejan salir vapor de agua, lo que pone a las plantas C3 en desventaja ante la sequía y las altas temperaturas.
Sin embargo, las plantas han desarrollado una forma diferente de fotosíntesis para ayudar a reducir estas pérdidas en condiciones cálidas y secas. En la fotosíntesis C4, donde se produce el compuesto de cuatro carbonos, la anatomía única de la hoja permite que el dióxido de carbono se concentre en las células de la «vaina del haz» alrededor de Rubisco. Esta estructura entrega dióxido de carbono directamente a Rubisco, eliminando efectivamente su contacto con el oxígeno y la necesidad de fotorrespiración.
El control no estomático de la transpiración en el maíz, el sorgo y el mijo (todos cultivos C4 críticos para la seguridad alimentaria mundial) brinda a estas plantas una ventaja para mantener microclimas favorables para la fotosíntesis de las hojas. Esto permite a las plantas absorber dióxido de carbono durante la fotosíntesis y el crecimiento, a pesar del aumento de las temperaturas y la mayor demanda atmosférica de agua, sin aumentar el consumo de agua.
Al publicar sus hallazgos en PNAS, investigadores de la Universidad de Birmingham, la Universidad Nacional Australiana en Canberra y la Universidad James Cook en Cairns cuestionan la comprensión tradicional de la transpiración y la fotosíntesis de las plantas en condiciones de crecimiento secas y estresantes, es decir, que los propios estomas controlan la pérdida de agua de las hojas.
El coautor del estudio, el Dr. Diego Marques de la Universidad de Birmingham, comentó: «Esto ha revolucionado nuestra comprensión de las relaciones entre las plantas y el agua, demostrando que el control no estomático de la transpiración limita la pérdida de agua sin reducir la ganancia de carbono, desafiando lo que comúnmente se acepta como un compromiso inevitable». . Nuestros resultados tienen implicaciones importantes para la adaptación de las plantas al cambio climático y cómo se pueden cultivar cultivos en condiciones secas. Comprender este mecanismo podría abrir nuevas vías para mejorar la eficiencia del uso del agua en los cultivos C4, que son vitales para la seguridad alimentaria mundial».
El estudio confirma que las plantas C4 mantienen una humedad relativa subestomática reducida, hasta un 80%, en condiciones de déficit de presión de vapor, lo que reduce la pérdida de agua y resalta el importante papel del control no estomático en la eficiencia del uso del agua.
Este mecanismo ayuda a las plantas a mantener la fotosíntesis al reducir la pérdida de agua sin reducir significativamente los niveles de CO 2 intercelular para la fotosíntesis. Esto es fundamental para mantener el crecimiento y la prosperidad de los cultivos.
Los hallazgos también sugieren que los mecanismos de control no estomáticos pueden haber evolucionado antes de la divergencia de las vías fotosintéticas C3 y C4, lo que sugiere una característica evolutiva común.
«Nuestro estudio replantea la comprensión de la eficiencia del uso del agua en las plantas C4 y muestra que este mecanismo alternativo ayuda a las plantas a continuar creciendo y secuestrando dióxido de carbono incluso cuando la demanda de agua atmosférica es alta, desafiando las suposiciones tradicionales sobre cómo estas plantas sobreviven a las sequías», añadió el Dr. Márquez.
Como se mencionó anteriormente, la fotosíntesis es la forma en que las plantas usan la luz y el dióxido de carbono para producir azúcares para el crecimiento, usando una enzima llamada Rubisco. Las plantas utilizan dióxido de carbono, que entra a través de los estomas abiertos, para producir azúcar, mientras que los estomas abiertos también liberan vapor de agua.
Mientras que las plantas C3 dependen únicamente de la difusión de CO2 a través de los estomas para obtener carbono, las plantas C4 tienen estructuras foliares especializadas y enzimas que concentran dióxido de carbono alrededor de Rubisco, aumentando su productividad fotosintética y su eficiencia en el uso del agua. Sin embargo, esta ventaja tiene un costo, ya que estas plantas son vulnerables a reducciones significativas en la fotosíntesis cuando los estomas se cierran. Por lo tanto, el mecanismo no estomático es fundamental para garantizar el control exitoso de la pérdida de agua al permitir que los estomas permanezcan abiertos.
Fuente: Universidad de Birmingham.
