No todas las plantas superaran el cambio climático

A menudo la sequía y las altas temperaturas provocan importantes pérdidas en el rendimiento de cultivos alimentarios valiosos. A medida que la frecuencia de los fenómenos meteorológicos extremos aumenta debido al cambio climático, ha crecido también el interés en la bioingeniería de plantas de cultivo con los mismos mecanismos de tolerancia a la sequía que tienen las plantas de zonas muy calientes. Pero ¿es realmente posible lograrlo? Entender cómo las plantas evolucionaron la capacidad para sobrevivir a estos extremos es parte de un nuevo estudio de Klaus Winter, científico senior del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales, y J. Andrew C. Smith de la Universidad de Oxford. Sus hallazgos indican que la bioingeniería de plantas resistentes a la sequía podría no ser tan fácil como han propuesto algunos científicos.

Las plantas adquieren su energía a través de la fotosíntesis, el proceso mediante el cual absorben la luz solar, el dióxido de carbono y el agua y lo convierten en azúcares y otros compuestos orgánicos. Sin embargo, no todas las plantas hacen esto exactamente de la misma manera. Muchas especies de áreas cálidas semiáridas han desarrollado una forma de fotosíntesis llamada metabolismo del ácido crasuláceo (CAM por sus siglas en inglés), que se encuentra comúnmente en las plantas suculentas. Esto les permite absorber el dióxido de carbono en la oscuridad, para evitar hacerlo durante las horas más calurosas del día, lo que reduce en gran medida la pérdida de agua por evaporación a través de los estomas en las superficies de las hojas y los tallos.

Debido a que la energía lumínica no está disponible durante la noche, el dióxido de carbono absorbido se almacena temporalmente en la planta como ácido orgánico y al día siguiente, cuando puede retomar el proceso de fotosíntesis, se vuelve a transformar en dióxido de carbono. Sin embargo, una pregunta central para Winter y Smith era si las plantas normales podrían integrar fácilmente esta adaptación en su metabolismo fotosintético. Algunos científicos han propuesto que, dado que la capacidad de acumular ácidos orgánicos es bastante común en el reino vegetal, es posible que no haya barreras generales para la bioingeniería de la fotosíntesis CAM.

En su nuevo análisis, Winter y Smith concluyen que el metabolismo de los ácidos orgánicos en las plantas CAM difiere del de las plantas normales en dos aspectos cruciales. Una es que la fijación de dióxido de carbono por la noche en plantas CAM siempre está asociada con la acumulación de ácido málico, mientras que este ácido orgánico solo se acumula en plantas normales durante el día. En segundo lugar, en un experimento realizado con 70 especies diferentes de 40 familias de plantas que crecen en Panamá, los autores midieron los cambios de acidez en los tejidos de las plantas durante el ciclo día-noche. Como se esperaba, la acidez titulable aumentó sustancialmente durante la noche en todas las plantas CAM examinadas, pero no se observaron cambios de acidez de día a noche en las plantas normales, lo que nuevamente implica diferencias distintivas en el metabolismo dentro de sus tejidos.

En otras palabras, la adaptación de las plantas CAM para capturar dióxido de carbono por la noche parece implicar una reprogramación fundamental del metabolismo de los ácidos orgánicos, vinculado a su modo especial de fotosíntesis. Aún no se sabe si se trata de un simple ajuste que pueden realizar las plantas normales. Pero los hallazgos sugieren que el éxito en la bioingeniería del rasgo CAM dependerá de una comprensión detallada de la regulación del metabolismo ácido día-noche en las células fotosintéticas, que deberá ser el foco de futuras investigaciones.

En última instancia, la capacidad de las plantas para asimilar dióxido de carbono de manera más eficiente, y hacerlo con una menor pérdida de agua, podría ser muy importante para la supervivencia de especies en áreas tropicales donde el cambio climático provocará una disminución en las precipitaciones. Los resultados de este estudio podrían ayudar a orientar los esfuerzos futuros dirigidos a la bioingeniería del rasgo CAM para mejorar la productividad de las plantas de cultivo y su tolerancia al estrés.

Referencia: Winter, K. and Smith, J.A.C. (2021) CAM photosynthesis: the acid test. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.17790