La sacarosa es una fuente vital de energía para las plantas. También impulsa el crecimiento y actúa como una importante molécula de señalización durante el estrés y el desarrollo.
Es un producto clave de la fotosíntesis y la principal forma de azúcar utilizada para el transporte a larga distancia en las plantas. Por ello, su movimiento a través de los tejidos vegetales revela mucho sobre su estado interno. Sin embargo, a pesar de su importancia, el seguimiento de la sacarosa en tiempo real dentro de las plantas vivas sigue siendo un desafío persistente.
Un desafío importante es la disponibilidad limitada de sensores in vivo capaces de capturar eventos fisiológicos sutiles, como el movimiento de la sacarosa a través de los tejidos vegetales. Las técnicas actuales se basan en muestreos destructivos o mediciones de corta duración.
Pero los azúcares como la sacarosa son dinámicos: varían según la hora del día, la exposición a la luz y la etapa de desarrollo de la planta. Por lo tanto, la gran pregunta es si estas fluctuaciones pueden medirse continuamente, en tiempo real, especialmente para probar hipótesis emergentes sobre cómo las plantas absorben agua y solutos a través de vías inesperadas como los estomas foliares.
Ahora, investigadores de la Universidad de Waseda, dirigidos por el profesor Takeo Miyake, e instituciones colaboradoras, han desarrollado un biosensor enzimático flexible con forma de aguja que puede insertarse en tejidos vegetales y reportar concentraciones de sacarosa en tiempo real. Sus hallazgos se publicaron en la revista Biosensors and Bioelectronics .
El equipo de Miyake en la Universidad de Waseda incluyó a Shiqi Wu, Wakutaka Nakagawa, el Dr. Saman Azhari y el Dr. Gábor Méhes. El profesor Tomonori Kawano de la Universidad de Kitakyushu y Yuta Nishina de la Universidad de Okayama también formaron parte del equipo.
El biosensor integra un ánodo multienzimático (glucosa oxidasa, invertasa y mutarotasa), capaz de catalizar la sacarosa a glucosa y detectar su presencia electroquímicamente. El cátodo, basado en bilirrubina oxidasa, funcionaba con una interfaz única de gel de agarosa.
El novedoso sensor alcanzó una alta sensibilidad, un límite de detección de 100 µM, un rango de detección de hasta 60 mM, un tiempo de respuesta de 90 segundos y un funcionamiento estable durante más de 72 horas. El dispositivo se insertó fácilmente en tallos y frutos de plantas con mínimos daños.
«Diseñamos el sensor específicamente para capturar la absorción de sacarosa a través de los estomas, una vía poco explorada», afirma el autor correspondiente Miyake. «Las métricas de rendimiento fueron importantes, pero lo que más nos entusiasma es la nueva biología que ayudó a descubrir».
Utilizando el sensor, el equipo observó un ritmo diario en el transporte de sacarosa dentro de los tallos de la guayaba fresa (Psidium cattleianum). Los niveles de sacarosa alcanzaron su máximo durante la noche, en consonancia con la redistribución de los azúcares generados fotosintéticamente, un patrón que coincide con los ciclos de crecimiento conocidos en muchas plantas.
Otros hallazgos interesantes surgieron de experimentos con el cedro japonés (Cryptomeria japonica). En este estudio, los investigadores sumergieron hojas de cedro en una solución de sacarosa, alternando entre luz y oscuridad. El biosensor, incrustado en el tallo de la planta, detectó concentraciones crecientes de sacarosa solo durante la exposición a la luz, cuando se sabe que los estomas se abren. Esto sugirió que la sacarosa podría entrar a través de las hojas y ser transportada internamente, demostrando por primera vez la absorción de sacarosa mediada por los estomas en una planta superior.
Para confirmar que el agua —y la sacarosa disuelta— efectivamente entraba por los estomas, los investigadores utilizaron agua marcada con el isótopo estable oxígeno-18. El análisis mostró mayores niveles de isótopos en las hojas iluminadas, lo que refuerza la hipótesis. También observaron un desfase de unos 45 minutos entre la exposición a la luz y el aumento de sacarosa en el tallo, que coincide con las velocidades de transporte conocidas en el floema de la planta.
«Esta es la primera vez que hemos podido rastrear directamente la absorción de azúcares solubles a través de los estomas en tiempo real», afirmó Miyake. «Esto desafía las antiguas suposiciones sobre cómo las plantas adquieren agua y nutrientes».
Los autores señalan que la versión actual del sensor está diseñada para experimentos de laboratorio a corto plazo, pero que futuras versiones podrían incluir transmisión inalámbrica y una menor invasividad, lo que lo hace adecuado para el monitoreo a largo plazo en el campo. También señalan que la presencia de metabolitos secundarios en la savia de la planta no afectó significativamente la precisión del sensor, gracias al diseño selectivo de enzimas.
En el futuro, los investigadores quieren aplicar el sensor para monitorear la dinámica del azúcar en raíces, semillas y órganos reproductivos de las plantas. Esto podría ayudar a crear nuevas estrategias para optimizar el rendimiento de los cultivos, detectar el estrés y modelar el crecimiento. Como explica Miyake: «Si podemos medir lo que hace la planta en tiempo real, podemos empezar a pensar en cultivar de forma más inteligente».
Más información: Shiqi Wu et al., Un biosensor multienzimático insertable en plantas para la monitorización en tiempo real de la captación de sacarosa estomática, Biosensors and Bioelectronics (2025). DOI: 10.1016/j.bios.2025.117674
