Los tomates silvestres revelan cómo las raíces de las plantas hacen frente a las condiciones adversas
Las raíces de las plantas han desarrollado mecanismos para controlar la entrada de solutos y agua como, por ejemplo, la modificación de la pared celular en tipos específicos de células radiculares que actúan como barreras físicas para controlar la absorción del suelo. En estas modificaciones intervienen, entre otros compuestos, los polímeros de lignina y suberina. Uno de estos tipos celulares es la endodermis, que forma una estructura en forma de anillo de lignina conocida como la banda de Caspary. La deposición de lignina y suberina está controlada a fin de ayudar a las plantas a responder y adaptarse a esas condiciones. En los últimos años, se ha empleado «Arabidopsis thaliana» como sistema modelo para estudiar el desarrollo de la diferenciación de la endodermis, mediante el cual las células crecen y se desarrollan, así como los genes que controlan dicho proceso. Con todo, la mayoría de las plantas presentan además otro tipo de célula radicular denominada exodermis, que también crea barreras de lignina y suberina. Los mecanismos que controlan la diferenciación de la exodermis y su respuesta al estrés abiótico no se conocen muy bien a nivel molecular, ya que «Arabidopsis» carece de exodermis. Comparación de tipos silvestres y domésticos El proyecto financiado con fondos europeos ROOT BARRIERS abordó esta brecha del conocimiento empleando dos especies de tomates como sistema modelo para investigar la diferenciación de la exodermis. «El objetivo era determinar si la endodermis de las dos especies es similar o diferente y cómo la salinidad influye en su diferenciación a nivel molecular», comenta el doctor Juan Carlos del Pozo, coordinador del proyecto. La investigación se llevó a cabo con el apoyo del programa Marie Curie. Los investigadores estudiaron la diferenciación de la endodermis y la exodermis en especies de tomates cultivados y silvestres, «Solanum lycopersicum» y «Solanum pennellii», respectivamente. También se recopilaron datos de expresión génica para determinar cómo responden estos tipos de células en «S. pennellii», especie endémica de las regiones andinas de América del Sur y que ha evolucionado para adaptarse a condiciones de sequía. El equipo evaluó la capacidad de estas dos especies para tolerar el estrés salino y corroboró que «S. pennellii» es capaz de crecer en altas concentraciones de sal. «Descubrimos que la formación de barreras radiculares en estas dos especies es diferente, así como la forma en que el estrés salino influye en su diferenciación», explica la doctora Siobhan Brady, investigadora de la Universidad de California en Davis, institución asociada al proyecto. Nuevos datos importantes Las imágenes de microscopía confocal de la deposición de la lignina en la raíz del tomate permitieron a los investigadores describir por completo el marco de desarrollo de la diferenciación de la exodermis. Los investigadores desarrollaron asimismo mutantes CRISPR/Cas9 para los genes candidatos putativos relacionados con la diferenciación de la exodermis. Esto ayudó a demostrar su función en la formación de la barrera en la exodermis mediante análisis fenotípicos, que pusieron de manifiesto defectos en la deposición de lignina. Además, los investigadores emplearon una tecnología de traducción de ribosomas purificados por afinidad de vanguardia para perfilar específicamente el ARN mensajero (ARNm) de la endodermis y la exodermis en condiciones de control y de estrés salino. «Esto proporciona una indicación de los genes que están respondiendo para modificar las barreras radiculares en estos dos tipos celulares en respuesta al estrés salino. Será el primer conjunto de datos hasta la fecha en el que se obtuvo ARNm de tipos celulares específicos de una especie vegetal de cultivo perfilada en condiciones de estrés abiótico», señala la doctora Concepción Manzano, investigadora beneficiaria de una beca de investigación individual Marie S. Curie. ROOT BARRIERS demostró que la diferenciación de la endodermis y la exodermis se lleva a cabo de manera diferente en términos de deposición de lignina, lo que mejora la comprensión sobre cómo se regulan a nivel molecular dos tipos de células radiculares relevantes. Es más, los resultados relativos a los genes relacionados con la diferenciación de la endodermis y la exodermis pueden aplicarse a otras especies vegetales de cultivo. El doctor Del Pozo concluye: «Este conocimiento será de enorme interés para la comunidad científica, lo que ayudará al cultivo de plantas en condiciones adversas».
Palabras clave
ROOT BARRIERS, exodermis, diferenciación, endodermis, estrés salino, ARN mensajero (ARNm), tomate, «Solanum pennellii», CRISPR/Cas9, traducción de ribosomas purificados por afinidad
