Nuevas claves sobre la respuesta de las plantas a la deficiencia de azufre

El azufre es un nutriente fundamental para las plantas. Su ausencia provoca pérdidas de rendimiento y de calidad nutricional en los cultivos, igual que sucede si faltan el nitrógeno, el fósforo o el potasio. Una investigación internacional en la que participa el Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Salamanca (IRNASA, centro propio del CSIC) explica importantes aspectos de la reacción bioquímica de las plantas cuando no disponen de azufre. A largo plazo, conocer estas respuestas puede permitir a los científicos mejorar los cultivos.

“Las plantas adaptan su metabolismo cuando hay variaciones en la disponibilidad de nutrientes importantes”, afirma en declaraciones a DiCYT Rosa Morcuende, investigadora del IRNASA y una de las autoras del trabajo que ha publicado Frontiers in Plant Science, destacada revista científica dentro de la investigación vegetal. Los responsables del estudio querían analizar, precisamente, cómo se produce esa adaptación cuando falta el azufre.

Los investigadores han estudiado proteínas conocidas como factores de transcripción, que regulan la expresión de los genes, y han comprobado que 21 responden ante la ausencia de azufre. La inmensa mayoría de estos factores de transcripción participan en “una respuesta general a un agotamiento de nutrientes”, es decir, también reaccionan cuando no hay suficiente nitrógeno o fósforo, por ejemplo, mientras que algunos respondieron específicamente ante la deficiencia de este elemento.

Habitualmente, el azufre en el suelo se encuentra como sulfato y así se absorbe a través de la raíz, pero en el laboratorio los investigadores realizaron sus experimentos con cultivos líquidos estériles en cámaras controladas. Para ello, utilizaron plántulas de Arabidopsis thaliana, un organismo que se utiliza como modelo en investigación vegetal, ya que presenta muchas ventajas, por ejemplo, que su genoma ha sido completamente secuenciado, lo que permite analizar mejor todos los cambios cuando se realizan experimentos.

La principal aportación de Rosa Morcuende a este trabajo fue poner a punto el sistema de cultivos líquidos para realizar los ensayos, una contribución muy valiosa para este tipo de investigación porque permite tener controlados parámetros ambientales como la temperatura, la luz, o la humedad; a la vez que facilita la adición o eliminación de nutrientes y el estudio del metabolismo vegetal en tiempos muy cortos.

Experimentos

En los experimentos, los investigadores hacían crecer las plántulas con todos los nutrientes, pero después inducían la deficiencia de azufre, analizaban todo tipo de respuestas y volvían a adicionar este elemento para ver cómo el organismo vegetal era capaz de volver a metabolizarlo rápidamente. Al comparar las plántulas que sufrían estas variaciones con otras perfectamente nutridas, comprobaban las diferencias metabólicas y de expresión de genes.

El IRNASA ha colaborado principalmente en este estudio con el Instituto Max-Planck de Fisiología Molecular de Plantas de Golm (Alemania). El trabajo se inscribe en una iniciativa más amplia para estudiar la respuesta vegetal ante cualquier deficiencia de nutrientes.

Aunque se trata de una investigación básica, al profundizar en el conocimiento de los mecanismos vegetales, los científicos saben cómo se pueden comportar las plantas en cualquier situación y, a largo plazo, podrían optimizar los cultivos. En este caso, a través de la mejora convencional se podrían obtener plantas que necesiten menos azufre. Asimismo, este tipo de investigación tiene potenciales aplicaciones biotecnológicas, ya que conocer mejor la bioquímica vegetal puede permitir sintetizar y extraer componentes de interés.

Referencia bibliográfica

Bielecka, M.; Watanabe, M.; Morcuende, R.; Scheible, W.-R.; Hawkesford, M.J.; Hesse, H.; Hoefgen, R. 2015.Transcriptome and Metabolome analysis of plant sulfate starvation and resupply provides novel information on transcriptional regulation of metabolism associated with sulfur, nitrogen and phosphorus nutritional responses in Arabidopsis. Frontiers in Plant Science, 5: 1-18. doi: 10.3389/fpls.2014.00805

(José Pichel Andrés/DICYT)