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LEPSE, plateforma Phenodyn. © INRA

El reloj interno de las plantas recuerda el estrés hídrico

Las plantas optimizan su crecimiento «recordando» el estrés hídrico que han sufrido para ajustar el movimiento de agua en las raíces. Eso es lo que han descubierto investigadores del INRA y de la Universidad Católica de Lovaina gracias a un dispositivo de mediciones precisas del crecimiento de una gran cantidad de plantas en condiciones naturales. Publicado en Nature Communications el 5 de noviembre de 2014, este estudio supone la primera explicación fisiológica de un mecanismo implicado en la ventaja evolutiva de las plantas relacionado con los ritmos circadianos.

Actualización: 04/07/2017
Publicación: 05/11/2014

Las plantas responden a las fluctuaciones naturales del clima. Por lo general, presentan un buen estado hídrico por la noche y sufren estrés hídrico por la tarde, sobre todo cuando el suelo y el aire están más secos. Por ello, aunque el suelo esté parcialmente seco, las plantas parecen frescas por la mañana, marchitas por la tarde y se recuperan por la noche. El crecimiento de sus órganos también sigue ese ritmo: está al máximo durante la noche y al mínimo durante el día. Además, si observamos las plantas en condiciones de exposición continua a la luz, se constata que casi todas sus funciones fisiológicas están reguladas por ritmos circadianos, similares a los de los animales (por períodos de 24 horas). Así, la apertura de los «grifos» moleculares —las acuaporinas—, y por ende también la permeabilidad de las raíces, es máxima al amanecer y mínima al atardecer. Las acuaporinas facilitan el transporte de agua en la planta cuando aumenta la demanda de agua por la mañana. Eso provoca que se den oscilaciones diarias en el crecimiento de las hojas en condiciones de luz continua.
 

El trabajo llevado a cabo por investigadores del INRA y de la Universidad Católica de Lovaina ha revelado un fenómeno nuevo: la amplitud de las oscilaciones diarias del crecimiento de las hojas depende del estrés hídrico que ha sufrido la planta anteriormente. Esta observación fue posible gracias a un dispositivo de mediciones precisas de la velocidad de elongación de la hoja de un gran número de plantas cada tres minutos en condiciones naturales.
 

La explicación de este fenómeno es que si la planta ha estado sometida a un estrés hídrico (por ejemplo, con días de sol y el suelo seco), la expresión de los genes de las acuaporinas varía mucho durante el día, mientras que varía poco tras días nublados y con humedad en el suelo. El movimiento de agua y el crecimiento de las hojas también siguen estas oscilaciones, que dependen de la historia reciente de la planta. Gracias a un modelo matemático de transferencia de agua desde el suelo a las hojas a través de las raíces, los científicos han demostrado la utilidad de dicha aclimatación. Si las plantas se ven sometidas a una situación de falta de agua, se facilita el transporte de agua diario hacia las raíces, siempre y cuando estas disminuyan su permeabilidad por la tarde y la restablezcan por la mañana gracias al efecto de las acuaporinas. Esto evita que la tierra que rodea a las raíces se seque excesivamente, con lo que se volvería casi impermeable. Por el contrario, si las plantas están en condiciones meteorológicas favorables (humedad en el aire y en el suelo), las grandes oscilaciones de la permeabilidad de las raíces resultan desfavorables para el crecimiento de las plantas. El aumento o la pérdida de rendimiento se sitúan entre un 10 % y un 15 %, en ambos casos. Teniendo en cuenta las condiciones hídricas de los días precedentes, las plantas pueden anticipar el grado de oscilaciones que puede ser más favorable para su crecimiento. Este estudio constituye la primera explicación fisiológica de un mecanismo implicado en la ventaja evolutiva asociada con los ritmos circadianos.

Tardieu. © Inra
Tardieu © Inra

Teniendo en cuenta las condiciones hídricas de los días precedentes, las plantas pueden anticipar el grado de oscilaciones que puede ser más favorable para su crecimiento.

En el lado izquierdo del gráfico, las plantas están sometidas a condiciones naturales de iluminación y las barras grises verticales representan la noche. A la derecha, están iluminadas de manera continua y las barras grises corresponden a las «noches» para el ciclo circadiano de la planta. Arriba: se observa el crecimiento de las plantas y, abajo, el estado hídrico de las plantas. En rojo: las plantas han sufrido un estrés hídrico considerable, lo que conlleva un estado hídrico y un crecimiento foliar desfavorables por la tarde, seguido de grandes oscilaciones, en situación de luz continua. En verde: las plantas no han sufrido estrés hídrico y están sometidas a condiciones favorables, con pequeñas oscilaciones en la luz continua.
© Inra, Tardieu

Referencia:

Caldeira C, Jeanguenin L Chaumont F, Tardieu F. Circadian rhythms of hydraulic conductance and growth are enhanced by drought and improve plant performance. Nature Communications. 5:5365 doi: 10.1038/ncomms6365 (novembre 2014).

Contacto
Contacto científico:

  • François Tardieu (+33 (0) 4 99 61 26 32) Laboratorio de Ecofisiología de las Plantas Sometidas a Estrés Ambiental (LEPSE)
Contacto de prensa:
Servicio de prensa del INRA (+33 (0) 1 42 75 91 86)
Departamento asociado:
Environment and Agronomy
Centro asociado:
Montpellier

François Tardieu, Premio de Excelencia del INRA 2014