Un nuevo estudio analiza como la capacidad de la quinoa para tolerar suelos salinos podría servir como modelo para hacer que otros cultivos agrícolas sean tolerantes a las mismas condiciones adversas. Esta planta de Los Andes crece bien en suelos salinos porque el exceso de sal simplemente se vierte en “vejigas” especiales en sus hojas.
La erosión del suelo se considera un problema que pone en peligro la nutrición de la población humana. Uno de sus aspectos es la salinización del suelo, que afecta en particular las regiones secas de la tierra, donde los agricultores se ven obligados a regar sus campos en gran medida. Grandes cantidades de sales disueltas en el agua, como el sodio y el cloruro, se difunden en el suelo y permanecen allí después de que el agua se ha evaporado. La sal impide el desarrollos de los cultivos e incluso puede hacer que los suelos sean infértiles a largo plazo.
«Todos los enfoques hasta ahora para desarrollar plantas tolerantes a salinidad deben considerarse más o menos como fallas», dice el profesor Rainer Hedrich, científico de plantas en la Universidad Julius-Maximilians (JMU) de Würzburg en Baviera, Alemania. Todos ellos tenían como objetivo hacer que las plantas agrícolas crezcan en suelos salinos e identificar líneas tolerantes a la sal en el proceso. Pero este enfoque no puede funcionar.
Y eso se debe a una razón: «Nuestras plantas agrícolas son el resultado de muchos años de mejoramiento. Durante ese tiempo, el hombre las ha protegido de casi todas las influencias ambientales negativas, por lo que han perdido gran parte de su resistencia natural», explica Hedrich. «Tan pronto como estas líneas de élite entran en contacto con demasiada sal, generalmente mueren».
Las plantas tolerantes a la sal sirven como modelo
Así que Rainer Hedrich, junto con el profesor Sergey Shabala (Universidad de Tasmania), se propusieron desarrollar una nueva estrategia. Los dos científicos apostaron por plantas que son naturalmente tolerantes a la sal.
Una de esas plantas es la quinua (Chenopodium quinoa). Viene de los Andes, donde se ha utilizado como alimento durante 7,000 años. Mientras tanto, las semillas de este pseudo-cereal sudamericano, que están libres de gluten y son ricas en vitaminas, han llegado a los supermercados europeos.
La planta absorbe la sal del suelo y la almacena en células en forma de vejiga en la superficie de las hojas. Esto protege los procesos metabólicos sensibles a la sal y la planta puede crecer bien incluso en suelos salinos.
Sin células vejiga, la quinua sufre estrés salino
Los investigadores encontraron una manera simple de probar que son realmente las células vejiga las que aseguran la tolerancia a la sal de la planta. «Solo unas pocas pinceladas ligeras sobre una hoja de quinua hacen que las células vejiga se caigan», dice la profesora Shabala. Despojadas de sus vejigas de sal, estas plantas crecen en suelos no salinos al igual que las muestras sin cepillar. Pero una exposición a la sal común impide su crecimiento de manera significativa.
Las células vejiga de la quinua, de forma redonda a ovalada, tienen un diámetro de casi medio milímetro. Son verdaderos gigantes en el reino de las plantas, y generalmente se pueden ver incluso a simple vista. Su capacidad de almacenamiento es hasta 1000 veces mayor que la de cualquier otra célula normal de la superficie de la hoja.
Hoja de quinoa con típicas vejigas de sal. A la derecha, se ve a la planta que transporta las sales disueltas de sodio (Na+) y cloruro (Cl) primero en la vejiga y luego en sus vacuolas. El azúcar transportado junto con ellos proporciona la energía necesaria. Crédito: Jennifer Böhm
Azúcar: El precio de la eliminación de la sal
Para obtener una idea del «sistema operativo» de la quinua y sus células vejiga, el grupo de trabajo del profesor Jian-Kang Zhu (Universidad de Shanghai) ha descifrado el ADN del cereal de los Andes. El equipo del profesor Hedrich luego comparó los genes activos de las hojas y las células vejiga. Los análisis bioinformáticos necesarios fueron realizados por expertos de la Universidad de Shanghai y del equipo de Georg Haberer del Helmholtz Center Munich.
El resultado: incluso sin tratamiento de sal, hay genes trabajando en las células vejiga que están en otras especies solo activas cuando la planta está bajo estrés. Incluyen transportadores que mueven iones de sodio y cloruro a la célula vejiga. Una estimulación con sal desencadena la activación de otros genes necesarios para mantener la ruta de la señal de la hormona del estrés ABA.
Almacenar la sal consume energía. Esta energía es generada por las células vejiga a partir de moléculas de azúcar que importan especialmente de la hoja para ese fin. Las células vejiga reciben la energía requerida de la hoja y responden absorbiendo la sal tóxica», explica Hedrich.
Insertando por cruce la tolerancia a salinidad en plantas agrícolas
Los nuevos hallazgos han sido publicados en la revista Cell Reports. Deben usarse a largo plazo para el mejoramiento de plantas tolerantes a salinidad. «El primer paso está hecho», dice el profesor Hedrich. «Ahora utilizaremos una combinación de genética del desarrollo y el análisis funcional de proteínas de transporte de sal para comprender los mecanismos moleculares que produce y mantiene la tolerancia a la sal en la quinua».
El equipo de investigación de JMU quiere aprender sobre líneas de quinua equipadas con un gran o muy bajo número de vejigas de sal. Tiene un gran acervo para aprovechar: hasta el momento se conocen alrededor de 2000 variedades silvestres y cultivadas de la planta de los Andes. El resultado final de su trabajo podría ser no solo el desarrollo de variedades de quinua con una tolerancia a la sal aún mayor, sino también el cruce e inserción de genes de tolerancia a la sal en plantas de cultivo relacionadas, como la remolacha azucarera o la espinaca.