Un tipo de proteínas con una gran capacidad para
asociarse con el agua, llamadas hidrofilinas, participa en la adaptación
natural que desarrollan las plantas de frijol para sobrevivir con
poco líquido.
Alejandra Covarrubias Robles, investigadora del Instituto
de Biotecnología (IBt) de la UNAM, centra sus estudios en
esas moléculas que modifican su estructura según la
disponibilidad del recurso, y protegen a algunas enzimas sensibles
a la deshidratación.
“Las hidrofilinas tienen capacidad para asociarse
al agua, superior al promedio de las proteínas de una célula;
por esa característica y su riqueza en aminoácidos
pequeños, particularmente glicina, no adoptan una estructura
tridimensional estable, lo que permite modificar su estructura de
acuerdo a la cantidad del líquido disponible en su microambiente”,
detalló.
La universitaria, que estudia los mecanismos genéticos
y moleculares que permiten al frijol sobrevivir al estrés
hídrico, cada vez más extendido en zonas agrícolas
del planeta, señaló que esta interacción ayuda
a que se mantenga la estructura funcional bajo condiciones de poca
disponibilidad de agua, que pueden inducir cambios conformacionales
en proteínas o ácidos nucleicos que afectan su actividad
en diferentes grados.
Si el agua disponible disminuye, se inducen señales
que llevan a la acumulación de las hidrofilinas para proteger
la actividad de otras proteínas y/o ácidos nucleicos
necesarios para mantener la funcionalidad de los diferentes tipos
celulares bajo esas condiciones.
Sequía creciente
Covarrubias señaló que el 60 por ciento de
la producción mundial de frijol se obtiene bajo condiciones
de déficit hídrico, lo que ha llevado a considerar
a la sequía como el segundo factor más limitante para
su rendimiento, después de las enfermedades.
En América Latina, 73 por ciento de la producción
se genera en micro-regiones con déficit hídrico, desde
moderado hasta severo, a lo largo del período de cultivo.
Sólo un siete por ciento de la extensión de siembra
en esta región del continente posee condiciones adecuadas
de irrigación.
En México, el 84 por ciento del frijol se obtiene
en condiciones de temporal, y el principal ciclo agrícola
de esta planta es el de primavera-verano, en el que se cosecha el
81 por ciento de la producción.
La región templada-semiárida, que comprende
Zacatecas, Durango, San Luis Potosí, Guanajuato y Chihuahua,
es donde se siembra la mayor superficie de la leguminosa, que aporta
74 por ciento de la producción en el ciclo mencionado.
“Esta zona presenta precipitaciones anuales promedio
entre 400 y 600 milímetros, y en años con menores
niveles, se pierde por sequía hasta el 45 por ciento de las
hectáreas cultivadas, como ocurrió en 1999”,
recordó la científica.
Esta situación se agrava por la variabilidad en
la distribución de la precipitación pluvial en el
ciclo vegetativo.
Identifican, aíslan y clonan
Para entender el mecanismo básico que desarrollan
esas plantas para contender con la escasez de agua y ofrecer, a
futuro, alternativas como el desarrollo de frijol transgénico
más resistente a la sequía, Covarrubias y sus colaboradores
han descrito y caracterizado diferentes hidrofilinas de vegetales,
bacterias y levaduras, con enfoques genéticos, bioquímicos
y moleculares.
Recientemente, ha trabajado con hidrofilinas vegetales,
también conocidas como proteínas LEA (por las siglas
en inglés de Late Embriogenesis Abundant), porque se acumulan
con abundancia en la fase de maduración de la semilla, en
el momento que inicia la etapa de deshidratación, obligatoria
para mantener su viabilidad.
“Hemos identificado, aislado y caracterizado varias
hidrofilinas y sus genes de plantas de frijol y de Arabidopsis
thaliana, establecida como modelo experimental por su tamaño
pequeño y su genoma, su corto ciclo de vida y lo detallado
de la caracterización de diferentes procesos”.
La investigadora ha utilizado enfoques moleculares, genéticos,
bioquímicos y fisiológicos para tener un panorama
integral del desarrollo de la planta y su respuesta a condiciones
de limitación del líquido.
“Entre los más representativos de este estudio
están el establecimiento de ensayos in vitro, en
los que utilizamos varias hidrofilinas que previamente clonamos,
expresamos y purificamos, para analizar su capacidad protectora
sobre enzimas blanco sensibles a deshidratación”, señaló.
El resultado demostró que las proteínas son
capaces de proteger a otras de los efectos de la deshidratación
a través de prevenir cambios conformacionales en las enzimas
blanco que afectan su actividad.
Otro enfoque ha sido el análisis funcional in
vivo, con el empleo de mutantes en los genes que codifican
alguna de las familias génicas para estas proteínas
en Arabidopsis.
Este conocimiento ha proporcionado pautas para probar el
uso de algunos de estos genes como marcadores moleculares, que pudieran
auxiliar a los agrónomos en la selección de plantas
más tolerantes a la sequía.
“Hemos demostrado que estas proteínas participan
en la adaptación de organismos al déficit hídrico.
También definimos que los criterios que definen a las hidrofilinas
son excelentes pronosticadores de la participación de una
proteína en situaciones de limitación de agua, porque
éstas se acumulan bajo cualquier condición que induzca
una disminución del recurso disponible”.
Estas y otras evidencias han llevado a Covarrubias a proponer
que las hidrofilinas representan adaptaciones análogas a
un problema común en organismos tan diversos como procariotes
y eucariotes. Por ello, su estudio tendrá un impacto más
allá del conocimiento mismo de la respuesta de las plantas
a la sequía que, de por sí, ya es relevante.
Daños por falta de agua
Entre los efectos más notables que la limitación
de agua causa sobre las plantas de frijol y de otras especies, destaca
la disminución en la velocidad de crecimiento, que reduce
la biomasa de la planta.
La escasez de agua también daña la reproducción,
lo que disminuye la productividad de hojas, raíces y semillas,
y genera una mayor sensibilidad ante el ataque de patógenos.
De ahí, su relevancia en cuanto al impacto negativo que tiene
en general sobre los cultivos de importancia agronómica.
“Esos efectos son resultado del impacto sobre diversos
procesos a diferentes niveles (genético, metabólico,
fisiológico), y es el caso de la disminución en la
síntesis de proteínas para evitar un gasto fútil,
dado que las condiciones no son las más favorables para crecer;
o bien, la disminución de la eficiencia fotosintética,
es decir, menor capacidad de la planta de fijar dióxido de
carbono en azúcares utilizables”, destacó.
La investigadora del IBt señaló que la respuesta
que desarrolla este vegetal depende no sólo del tipo de estrés
ambiental al que se enfrenta, sino de la severidad del mismo, del
tiempo que dure, del estado de desarrollo de la planta y de la presencia
simultánea de más de un estímulo estresante,
como calor y sequía.
—o0o—