Científicos en el Reino Unido han descubierto una nueva forma de producir semillas eficientes desde el punto de vista hídrico que pueden ayudar a las plantas a superar sequías y contribuir a la seguridad alimentaria mundial. La investigación recibió fondos de proyecto PHARMA-PLANTA («Fármacos recombinantes de plantas en beneficio de la salud humana»), que obtuvo 12 millones de euros mediante el área temática «Ciencias de la vida, genómica y biotecnología aplicadas a la salud» del Sexto Programa Marco (6PM) de la Unión Europea.

La necesidad de criar plantas resistentes a sequías es cada vez más acuciante, a medida que aumenta el impacto del cambio climático en todo el mundo y el problema de la sequía se manifiesta en cada vez más países, incluso en los que tradicionalmente no se veían afectados gravemente por este fenómeno.

Un equipo de investigación de la Facultad de Ciencias de la Vida de la Universidad de Warwick dirigido por el Dr. Lorenzo Frigerio ha avanzado hacia una solución a este problema mediante el estudio de dos proteínas pertenecientes a la gran familia de proteínas intrínsecas de membrana (MIP), un grupo de proteínas común en los organismos vivos de las que se sabe que participan en la absorción de agua.

El Dr. Frigerio, como miembro del proyecto PHARMA-PLANTA, investigó el sistema endomembranoso vegetal y estas indagaciones le impulsaron a estudiar los mecanismos moleculares indicados en el estudio. Su trabajo es un ejemplo excelente de cómo ciertos conceptos originados en un ámbito pueden influir en otros campos de la ciencia completamente distintos», comenta Julian Ma. del Centro St. George de la Universidad de Londres (Reino Unido).

El primero de los tipos de proteínas examinados fueron las proteínas intrínsecas de la membrana plasmática (PIP). Debido a que normalmente se encuentran en la cubierta externa de una célula, las PIP son las más estudiadas como guardianas del transporte de agua dentro y fuera de la célula.

El equipo del Dr. Frigerio centró posteriormente su investigación en un segundo grupo de proteínas conocidas como proteínas intrínsecas del tonoplasto (TIP). El tonoplasto es la membrana que rodea una estructura en el interior de las células denominada vacuola. A pesar de que las TIP parecen ser capaces de controlar la absorción de agua, el hecho de que se concentren en el tonoplasto ha provocado que la comunidad científica no estudiara a fondo su función en la absorción de agua. Esto se debe a que el propio tonoplasto no genera normalmente problemas importantes en el flujo de agua intracelular, ya que su permeabilidad se considera mucho mayor que la de la membrana plasmática exterior.

Científicos encargados de este último estudio lograron dar la vuelta a esta situación al generar el mapa de expresión de TIP vegetal más completo realizado hasta ahora. Este mapa revela que las TIP participan en la gestión hídrica durante la maduración de las semillas y la germinación. De hecho, los investigadores descubrieron que probablemente sean un componente clave de la gestión del agua debido sobre todo a que las PIP apenas se materializan durante todo el proceso.

Tras estudiar grupos de datos de microarrays, el equipo de investigación descubrió que de cada trece PIP codificadas por el genoma de la Arabidopsis, sólo tres aparecían en sus semillas. También descubrieron que estas tres PIP no se manifestaban hasta después de 60 horas tras la germinación, y por tanto sólo después de las fases más importantes de absorción de agua durante la germinación de la semilla. Por otro lado, los investigadores descubrieron niveles muy altos de proteína TIP3 en la membrana plasmática durante el desarrollo de la semilla y su germinación.

El Dr. Frigerio entiende que TIP3, además de residir en el tonoplasto, se desplaza hasta la membrana plasmática para compensar la ausencia, o concentración muy baja, de PIP. «Caminamos en la dirección adecuada para obtener un conocimiento preciso sobre cómo se regula la absorción del agua durante el desarrollo y la germinación de las semillas», indicó el equipo. «Estos conocimientos ayudarán a producir semillas que se adapten a los retos impuestos por el cambio climático, y a garantizar la seguridad alimentaria mediante el logro de una mayor resistencia a la sequía y un aumento de la eficiencia hídrica.»