CIENCIA › UN BIOLOGO QUE INVESTIGA LOS MECANISMOS DE RESPUESTA A LA LUZ DE LAS PLANTAS

Luces y sombras en las plantas

Jorge Casal fue premiado por demostrar que las plantas “ven” y distinguen si las vecinas son “parientes” a través de receptores de luz, llamados fitocromos. Este conocimiento sienta bases para desarrollar estrategias que impacten en la productividad de cultivos a gran escala.

 Por Ignacio Jawtuschenko

Jorge Casal es investigador del Conicet, jefe del laboratorio de Fisiología Molecular de Plantas del Instituto Leloir y trabaja además en el Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas con la Agricultura (Ifeva, UBA-Conicet). En laboratorios que parecen viveros repletos de estanterías con hileras de plantitas en macetas, Casal experimenta buscando descifrar los efectos de la luz y de la sombra en las plantas. Sus investigaciones apuntan a mejorar la productividad agrícola: para eso investiga los mecanismos de respuesta a la luz de las plantas.

Se especializa en la biología molecular de los receptores de luz que funcionan como “ojos” en las plantas.

Siendo estudiante, en un curso de fisiología de plantas, el profesor contó que las plantas eran capaces de percibir la luz. A Jorge Casal eso le encendió la curiosidad, la misma que lo llevó a publicar en la revista científica New Phytologist el resultado de su trabajo y por su trayectoria ser ganador de un premio que se dirige a “personalidades de la ciencia” por “la relevancia social de sus proyectos”.

El premio de investigación George Forster le fue concedido por la Fundación Alexander von Humboldt, con sede en Alemania, por descubrir cómo las plantas distinguen con sus “ojos” si la planta vecina es “pariente” o no y a partir de ese reconocimiento “compartir” o no el acceso a la luz, que es fuente de energía. “Observamos con sorpresa que los fitocromos lograban ese reconocimiento a través del perfil de luces y sombras de sus vecinas”, explica Casal a Página/12.

–¿Su trabajo se centra en la interacción de las plantas con la luz?

–Estudio cómo responden las plantas al ambiente luminoso que las rodea. La cuestión de la luz es un problema permanente porque todos los cultivos comerciales se hacen con densidades altas, las plantas están muy cerca unas de las otras e inevitablemente se sombrean.

–¿Por qué la luz puede ser un problema?

–Como es sabido, la luz es una fuente de energía, necesaria para la fotosíntesis, y si hay muchas plantas por nivel de superficie, compiten entre ellas, dividen el recurso. El sol incide en el crecimiento y desarrollo de la planta. La luz es importante porque es una fuente de información. Las plantas pueden percibir las señales del ambiente, tienen una serie de receptores de luz o fotorreceptores, llamados fitocromos, que les permite ver señales del ambiente, por ejemplo la presencia o no de plantas vecinas, a partir del sombreado que producen esas otras plantas.

–¿Desde cuándo se conoce que las plantas tienen ojos o fitocromos?

–Es algo que se descubrió en los años ’50. Esos ojos están ubicados a lo largo de toda la planta, la distribución no es homogénea, no hay un órgano de visión, pero sí hay lugares de la planta más importantes para controlar determinadas respuestas. De hecho, al sombreado que nosotros vemos como una mera reducción de la luz, las plantas cuentan con mecanismos bastante sofisticados para percibir otros sutiles cambios en la calidad de la luz y distinguir las sombras de las otras plantas.

–¿Cómo es eso?

–Las plantas tienen clorofila en las hojas verdes; la clorofila absorbe mucho del rojo pero hay una parte de la radiación que es el rojo lejano, que la dejan pasar o la reflejan. Entonces la proporción entre el rojo y el rojo lejano, que no es absorbido para la fotosíntesis, depende de que haya vecinos alrededor o no, de cuántos hay, y qué tamaño tienen. La relación entre uno y otro da información que las plantas usan.

–¿Qué hacen las plantas cuando reciben sombra?

–No todas las especies hacen lo mismo. En su carrera por sobrevivir, no todas tienen la misma estrategia y no todas responden igual. Una planta que normalmente crece en lugares abiertos, cuando está sombreada empieza a reaccionar mucho, crece el tallo, se hacen más altas y compiten con las otras. En cambio una planta que crece en la parte inferior de un bosque y que no va a ser una planta alta, no reacciona de la misma manera.

–¿Y qué hacen las plantas con la información de la luminosidad?

–La luz genera distintos tipos de respuestas. Por ejemplo aumentar el crecimiento del tallo, entonces las hojas quedan más arriba y compiten con la vecina. Otra de las respuestas que demostramos, por ejemplo en cultivos de maíz, es que pueden correr horizontalmente las hojas, si hay heterogeneidad en el lugar, es decir si en una parte está muy sombreado y en otra no.

–Respecto de los mecanismos de respuesta, ¿cambia si una vecina es de otra especie?

–Sí, porque en realidad la señal que van a recibir depende del tipo de vecina que tienen. La planta puede responder dependiendo de qué tan agresiva es la vecina que tiene alrededor. Nosotros observamos en muchos cultivos que si uno le da una buena disponibilidad de recursos, fertilización, luz, agua, pero le da señales de vecinas, les baja el rendimiento. Están en actitud defensiva.

–Cuénteme acerca de esos experimentos.

–Mediante diferentes experimentos con Arabidopsis thaliana, muy usada como modelo en estudios de fisiología vegetal, descubrimos que si tenían características genéticas similares, cada planta direccionaba el crecimiento de sus hojas hacia fuera de la hilera, minimizando la interferencia con sus vecinas y compartiendo así los beneficios de la luz para poder crecer. Vimos que si se mezclaban perfiles genéticos diferentes dentro de la misma hilera, en lugar de cooperar entre ellas, las plantas competían por la luz y el rendimiento colectivo era menor.

–¿Qué sucede en cultivos como trigo o girasol?

–Las señales de luz que indican la presencia de plantas vecinas dentro del cultivo afectan el rendimiento por distintas vías. Por ejemplo, en trigo o en girasol hemos observado disminuciones en el número de granos producidos por cada planta. Al generarse menos granos, el rendimiento cae. Sin embargo, no todos los efectos de estas señales son negativos. Por ejemplo, en maíz y en girasol, el follaje se desvía horizontalmente de los lugares donde las señales de plantas vecinas son más intensas hacia los espacios libres. Esto hace que el cultivo en su conjunto aproveche mejor la luz. Si las plantas cooperan entre sí, cada una de ellas rinde más en producción de semillas. Nuestro objetivo es entender mejor los mecanismos de respuesta a las señales de plantas vecinas de modo de poder reducir los efectos negativos y potenciar los efectos positivos.

–Y más allá del laboratorio, ¿cómo se puede aplicar este conocimiento en el sector productivo?

–Este conocimiento sienta bases para el desarrollo de estrategias productivas de cultivos a gran escala. Esto permite tener genotipos, es decir perfiles genéticos que se ajusten mejor al estrés provocado por la densidad de plantas alrededor, tenerlos caracterizados. Por otra parte, la producción de alimentos debe aumentar a un ritmo más rápido, para satisfacer la demanda de una población humana en aumento. Es preciso generar una segunda revolución verde, como la que ocurrió en los años ’70, y para ello es necesario un trabajo entre biólogos moleculares, biotecnólogos y agrónomos, sectores de la producción y tomadores de decisión.

–¿Algo más que quieras agregar?

–Hace un mes, una estudiante de doctorado presentó su tesis sobre girasol. El girasol es un cultivo con el que no se ha explorado mucho si se puede mejorar el rendimiento aumentando la densidad de plantas en la misma superficie. Y una de las cosas que vio es que cuando uno tiene las plantas de girasol en densidades muy altas, muy compactadas dentro de la hilera, tiene un ordenamiento perfecto, se van inclinando una a la derecha y la otra a la izquierda y así sucesivamente. Las plantas se empiezan a ver y algunas plantas pioneras se inclinan hacia el norte, del lado de donde viene el sol, y eso genera una suerte de onda. Es un fenómeno de cooperación.

–¿Qué fue lo que le llamó la atención de aquella clase de fisiología vegetal?

–Me parecía fabuloso la capacidad de cambiar, me atrae mucho la capacidad de los organismos de ajustarse al ambiente que encuentran, su capacidad de a veces hacer una cosa y a veces otra. Un animal, por ejemplo, que tiene frío o hambre, se va a otro lugar, la planta no se puede desplazar, pero sí puede cambiar su cuerpo o sus funciones. Y eso que lo que se sabía de aquella época es mucho menos que lo que se sabe hoy. Uno puede tomar una planta que genéticamente es la misma, cultivada en dos lugares diferentes, y una planta tiene veinte veces más hojas una que la otra, o una florece y la otra no. Los cambios son muy marcados porque tienen un mecanismo que les permite ser flexibles y dejarse influir por el ambiente.

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Jorge Casal es investigador del Conicet, el Instituto Leloir y el Ifeva (UBA-Conicet).
Imagen: Pablo Piovano
 
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