El estrés térmico es un problema importante en la agricultura y puede reducir significativamente el rendimiento de los cultivos. Incluso pequeños aumentos de temperatura pueden afectar el crecimiento y desarrollo de las #plantas. Si bien las plantas no se pueden mover a un lugar con sombra para escapar del calor, han desarrollado estrategias para protegerse del estrés por calor cuando sale el sol; sin embargo, no se comprende completamente cómo las plantas detectan y responden al estrés por calor.

Comprender cómo las plantas responden al estrés por calor es crucial para desarrollar cultivos que puedan resistir el aumento de las temperaturas promedio y las olas de calor más frecuentes bajo el cambio climático. Como resultado, muchas personas han trabajado durante muchos años para tratar de comprender cómo las plantas detectan la temperatura y cómo las plantas usan esta información para activar las vías químicas para protegerse, entre otras cosas, fabricando proteínas de choque térmico (HSP) protectoras.

Se sabe desde 1939 que la respuesta de las plantas al estrés por calor fluctúa entre el día y la noche: si aplica estrés térmico a una planta durante la mitad del día, es mucho más probable que sobreviva que si lo aplicó el mismo estrés de calor en la noche.

El ciclo diario de resistencia al calor de las plantas [VIDEO]es una estrategia que protege las plantas de las partes más calientes del día, mientras que también evita la pérdida de energía produciendo proteínas de choque térmico en la noche cuando está más fresca.

Otros estudios han confirmado que la resistencia al calor se activa en las plantas cuando están expuestas a la luz. Pierden esta propiedad de resistencia al calor en la oscuridad y solo recuperarán la protección cuando vuelvan a estar expuestos a la luz.

Sin embargo, la señalización involucrada en decirle a la planta cuándo activar genes para fabricar proteínas de choque térmico sigue siendo un misterio.

Patrick Dickinson, quien se unió al Laboratorio de Sainsbury en la Universidad de Cambridge como estudiante de doctorado, quería saber: "Estaba bastante interesado en cómo las plantas responden a su entorno y me sorprendió que había mucho que aprender sobre cómo las plantas sienten y responden a la temperatura.

Se sabe mucho sobre cómo las células vegetales y animales responden al estrés térmico extremo, pero no se sabía mucho sobre su respuesta al calor ambiental ni sobre cómo regulan su respuesta al calor entre el día y la noche ".

La señalización del cloroplasto inducida por la luz desencadena la respuesta al estrés térmico

El Dr. Dickinson, que ahora es Investigador Asociado en el Departamento de Ciencias Vegetales de la Universidad de Cambridge, descubrió que una serie de genes que se sabe que están involucrados en la formación de cloroplastos también están teniendo un gran efecto en la respuesta de la planta a las altas temperaturas. Al juntar estas dos piezas del rompecabezas -su descubrimiento de que los genes [VIDEO]de los cloroplastos estaban relacionados con la respuesta al estrés calórico y que las plantas responden mejor al estrés térmico durante el día- señaló que el cloroplasto está involucrado en proteger la planta del calor. Descubrió que hay una señal enviada desde el cloroplasto en respuesta a la luz, que luego activa la expresión génica en el núcleo para que la planta sea resistente al estrés por calor.

¿Cómo se comunican el cloroplasto y el núcleo?

A partir de este descubrimiento, la siguiente pregunta fundamental para responder es: ¿cómo se transmite esta señal desde el cloroplasto al núcleo para cambiar la expresión génica dentro de la célula? El Dr. Dickinson dice que la molécula de señalización que está transmitiendo señales desde el cloroplasto al núcleo está relacionada con la cadena de transporte de electrones fotosintética : "Hay una especie de señal que proviene inicialmente de la cadena de transporte de electrones fotosintética , que se comunica al núcleo para activar el gen expresión , pero lo que esa señal es aún no está claro. Posiblemente podría ser el peróxido de hidrógeno porque se ha demostrado que se mueve desde el cloroplasto al núcleo para iniciar la señalización, pero todavía hay mucho más que debe examinarse para confirmar la naturaleza de la señalización ".

Aplicación práctica

El supervisor del Dr. Dickinson en el Laboratorio Sainsbury, el Dr. Phil Wigge, dice que es vital que los genes y antecedentes genéticos que confieren una mayor resistencia al estrés calórico se identifiquen: "Muchos de los cultivos que se cultivan hoy en todo el #mundo ya se cultivan en la parte superior de su En realidad, se estima que para los principales cultivos como el trigo, el arroz y el maíz, que cada grado de aumento de la temperatura Celsius por encima de las temperaturas actuales podría reducir el rendimiento de los cultivos en un 3-7% debido al estrés térmico.. La contribución que estamos tratando de hacer en el laboratorio es comprender las moléculas y los mecanismos subyacentes que controlan cómo una planta detecta la temperatura y los genes que se requieren para que una planta se adapte a temperaturas más altas. Y esperamos poder utilizar esa información para descubrir los mismos genes en las plantas de cultivo y ver si esos genes pueden usarse para hacer que las plantas de cultivo sean más resistentes al estrés por calor ".