Un equip internacional d'investigadors en el qual participa l'Institut de Biologia Molecular i Cel·lular de Plantes (IBMCP), centre mixt de la Universitat Politècnica de València (UPV) i el Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC), ha descobert la manera en què les plantes modifiquen el seu creixement en funció de l'abundància d'aigua en el sòl. En l'estudi, publicat recentment en la revista Nature Plants, es plantegen preguntes sobre com, durant l'evolució, les plantes es van adaptar a la vida terrestre, i es revela valuosa informació que pot ajudar a desenvolupar cultius més resistents a la sequera.

Les plantes utilitzen la fotosíntesi per a convertir la llum solar, l'aigua i el diòxid de carboni en els sucres que necessiten per a créixer i que sustenten el nostre planeta. L'aigua també és essencial per al transport de nutrients des del sòl i per a proporcionar la rigidesa necessària perquè la planta es mantinga en peus. En ser un factor tan important, les plantes han desenvolupat mecanismes per a detectar la presència d'aigua en el sòl i portar aquesta informació a tots els seus teixits per a induir respostes adaptatives.

Quan l'aigua escasseja, es produeix una hormona que indueix un tancament molt ràpid dels porus de les fulles (estomes), per a així evitar la pèrdua d'aigua per la transpiració. A més, es deté el creixement de la majoria dels òrgans per a usar aqueixos recursos en mesures de protecció. No obstant això, fins ara es desconeixia com la falta d'aigua condueix a la interrupció del creixement de les plantes.

 Equip de IBMCP

L'estudi, liderat per la científica espanyola Elena Baena González, investigadora principal de l'Institut Gulbenkian de Ciència de Portugal, va descobrir els mecanismes pels quals la planta interromp el seu creixement: els senyals hormonals d'àcid abscísic (ABA) estan lligades a un sistema regulador altament conservat i format per dues proteïnes (SnRK1 i TOR) que controlen el creixement en tots els eucariotes (animals, plantes, fongs i protistos).

Segons explica Baena, "quan les condicions són favorables, l'accelerador del sistema (TOR) està actiu i indueix processos biosintètics de proliferació i de creixement cel·lular. Quan les condicions són desfavorables, el fre del sistema (SnRK1) s'activa inhibint a TOR i, conseqüentment, el creixement".

Aquest sistema pot haver sigut crucial per a l'establiment de la vida terrestre

Aquest sistema està controlat en tots els eucariotes per senyals nutricionals i causen la interrupció del creixement quan els nivells de nutrients (el 'combustible') són baixos. No obstant això, "en aquest estudi trobem que, en les plantes, aquest sistema està controlat per senyals addicionals relacionats amb la presència d'aigua (l'hormona ABA), donant a les plantes la capacitat de regular el creixement no sols en resposta a senyals nutricionals, sinó també en resposta a la disponibilitat d'aigua", destaca la investigadora. L'equip d'investigació creu que aquest sistema pot haver sigut crucial per a l'establiment de la vida terrestre, en el qual la despesa de recursos i el creixement es manté al mínim quan l'aigua era escassa.

Els investigadors van utilitzar la planta model Arabidopsis thaliana i van observar que quan la proteïna cinasa (SnRK1) s'inactiva genèticament, les plantes desenvolupen arrels més grans en condicions desfavorables. Encara que aquest creixement descontrolat pot ser fatal en condicions de sequera severa, és probable que augmente la capacitat d'absorbir l'aigua de les capes superficials del sòl i milloren potencialment el creixement de les plantes en condicions de sequera moderada. Els pròxims passos d'aquesta investigació tindran com a objectiu abordar aquests problemes i identificar factors posteriors que puguen resultar més propicis per a la manipulació d'aquesta característica també en els cultius.

L'estudi també indica que el nucli senyalitzador de l'ABA, en absència d'estrés, afavoreix els processos anabòlics de la planta en mantenir segrestada la proteïna cinasa SnRK1; en canvi, en presència d'estrés, l'hormona ABA allibera a SnRK1. Es restringeix així el creixement de la planta, s'activen els mecanismes de resposta a l'escassetat d'aigua i s'optimitza l'ús de nutrients.

Aquest treball es va dur a terme en l'Institut Gulbenkian de Ciència (Portugal), en col·laboració amb els grups d'investigació de Pedro L. Rodríguez Egea, de l'IBMCP; Américo Rodrigues, de l'IPL (Peniche, Portugal) i de Christian Meyer, de l'INRA (Versalles, França). La Fundació per a la Ciència i la Tecnologia (Portugal), el Ministeri de Ciència i Innovació, la Generalitat Valenciana (Espanya), LabEx Paris Saclay Plant Sciences, i el programa d'investigació i innovació Horitzó 2020 de la Unió Europea van finançar l'estudi.