Los estomas están presentes en la epidermis de prácticamente todas las partes aéreas de las plantas. Se trata de unas aberturas regulables que formadas por un par de células especializadas denominadas células oclusivas, tienen la función de regular el intercambio de gases durante la fotosíntesis o evitar la pérdida de agua y el marchitamiento de la planta durante los periodos de sequía.
Como decíamos, la apertura y cierre de estos poros está regulado por un par de células especializadas denominadas células oclusivas o de guarda, en las cuales si la presión interna cae, el poro se cierra; y por el contrario, si la presión interna aumenta, las células se separan, y la abertura se ensancha.
Los mecanismos por los que se rigen estas células, es decir, el conjunto de reacciones químicas que inducen a que actúen de una u otra manera – o lo que en biología celular se conoce como vía de señalización- son muy complejos, motivo por el que los científicos siempre han tenido difícil influir en el modo en que se desarrolla este proceso.
Sin embargo ahora un equipo de investigadores de la Universidad Julius-Maximilians de Würzburg, en Baviera, acaba de descubrir el modo de controlar los movimientos de los estomas de forma remota gracias al empleo de pulsos de luz. Los resultados de su investigación se detallan en un artículo que se publica esta semana en la revista científica Science Advances.
Un interruptor vegetal para las plantas
Para lograr su objetivo de manipular a voluntad los estomas vegetales, los investigadores introdujeron un “interruptor” sensible a la luz en las células de guarda de varias plantas de tabaco.
Se trata de un tipo de tecnología adoptada de la optogenética, una disciplina basada en el empleo de iones sensibles a la luz, también llamados opsinas, para activar o inhibir la acción de las neuronas de los animales, lo cual permite manipular in vivo la actividad neuronal, y que tras haber sido empleada con un gran éxito en las células animales se está empezando a investigar en las vegetales.
Así, el equipo dirigido por Rainer Hedrich utilizó una proteína sensible a la luz procedente del alga Guillardia theta, la cual descubrieron que funcionaba como un interruptor. En respuesta a los pulsos de luz, este interruptor asegura que el ion cloruro fluya fuera de las células guarda, así como el potasio se mantenga dentro de las mismas.
“Al tener lugar este proceso las células de guarda pierden presión interna, se aflojan y el poro se cierra en 15 minutos. El pulso de luz funciona como un control remoto para el movimiento de los estomas”, explica Hedrich.
Confirmada la hipótesis del canal aniónico
“Al exponer la proteína procedente de Guillardia theta a la luz, hemos puenteado la propia cadena de señalización de la célula, probando así la hipótesis de que la apertura de los canales aniónicos es esencial y suficiente para el cierre de los estomas”, resume Hedrich. “La exposición a la luz había impedido casi por completo la transpiración de las plantas”, añade.
Con este conocimiento, ahora es posible cultivar plantas con un mayor número de canales aniónicos en las células de guarda, lo que puede ofrecerles nuevos beneficios y capacidad de respuesta ante las variaciones ambientales. Por ejemplo, las plantas equipadas con la proteína pueden cerrar sus estomas más rápidamente en respuesta a las olas de calor y por lo tanto, estar mejor capacitadas para hacer frente a los períodos de sequía.
La investigación científica básica también puede beneficiarse de los resultados de nuestra investigación en optogenética, añade por su parte Shouguang Huang, autor principal del artículo. “Ahora podemos obtener nuevos conocimientos sobre cómo las plantas regulan su consumo de agua, cómo fijan de dióxido de carbono o como se producen los movimientos estomáticos”, concluye. Solo hay que saber pulsar el “interruptor” correcto.
