Cómo el silicio impulsa la resiliencia de las plantas

El silicio (Si) es uno de los elementos más abundantes en la Tierra y se encuentra en grandes cantidades en el suelo. Si bien el Si no es esencial para las plantas terrestres, muchas plantas, como el arroz y los pastos, han utilizado el Si para desarrollar poderosos mecanismos de defensa contra diversas tensiones ambientales.

Si se acumula en hojas de plantas y órganos aéreos como sílice amorfa (SiO₂), que ofrece protección contra patógenos, herbívoros y desafíos ambientales como la sequía. Comprender los procesos mediante los cuales las plantas gestionan este elemento beneficioso podría mejorar la resiliencia y la productividad de los cultivos, especialmente frente al cambio climático.

En un estudio reciente, un equipo de investigadores dirigido por el Dr. Naoki Yamaji, del Instituto de Ciencias y Recursos Vegetales de la Universidad de Okayama, Japón, ha descubierto una proteína de señalización clave, Shoot-Silicon-Signal (SSS), que regula la absorción de Si. , distribución y acumulación en arroz y otras gramíneas. Su investigación se centró en Oryza sativa, una variedad de arroz conocida por su alta acumulación de Si, y que depende en gran medida del Si para un crecimiento saludable y una productividad.

El equipo estuvo formado por el Dr. Namiki Mitani-Ueno y el Dr. Jian Feng Ma del Instituto de Ciencias y Recursos Vegetales de la Universidad de Okayama, Japón. Este estudio, publicado en Comunicaciones de la naturaleza del 27 de diciembre de 2024, arroja luz sobre la evolución de la SSS en cultivos de arroz como mecanismo de defensa.

El Dr. Yamaji dice: «Hemos estado estudiando la nutrición del Si en las plantas y hemos identificado varios transportadores de Si para su absorción, distribución y acumulación. Ahora, hemos investigado la proteína de señalización».

SSS es un homólogo inusualmente excepcional de florigen, una hormona que regula la floración en las plantas. Mientras que florigen juega un papel en el desarrollo de las plantas, SSS juega un papel crucial en la regulación del Si. Los investigadores descubrieron que cuando hay Si disponible, el nivel de proteína SSS en la planta disminuye, lo que le indica a la planta que ajuste su ingesta de Si en consecuencia. Utilizaron una variedad de arroz de tipo salvaje (natural), líneas celulares modificadas (mutadas) del gen SSS y una línea celular transgénica de arroz que contenía genes de la proteína SSS y la proteína verde fluorescente.

El equipo utilizó múltiples avances biotecnológicos para crear líneas celulares mutadas y transgénicas. Luego realizaron diversos análisis sobre la expresión del gen SSS y la presencia de la proteína SSS en diversas partes de la planta.

En las plantas de arroz con el gen SSS mutado, la absorción de Si desde las raíces se redujo significativamente, provocando una caída en el rendimiento del grano. Esto resalta el importante papel del SSS en la regulación de la absorción y acumulación de Si. Además, los científicos descubrieron que en las hojas, el gen SSS se expresa en el floema, un tejido que ayuda en el transporte de alimentos en las plantas.

Los hallazgos tienen implicaciones interesantes para la agricultura. Al utilizar la proteína SSS como marcador, los científicos pueden estimar mejor los requisitos de Si de una planta y, en consecuencia, optimizar la fertilización con Si. Esto podría dar como resultado cultivos más resilientes y mejor equipados para hacer frente a las tensiones ambientales, lo que en última instancia impulsaría productividad agrícola y sostenibilidad.

El Dr. Yamaji enfatiza: «La acumulación de Si en las plantas alivia diversos estreses bióticos y abióticos. Por lo tanto, la optimización del Si hace que los cultivos sean más tolerantes al estrés. Contribuye a la productividad y sostenibilidad de la agricultura».

La acumulación y regulación del Si también ayudan a la planta a adaptarse a las condiciones ambientales. Aunque el Si no se considera un elemento esencial para el crecimiento de las plantas, el estudio demuestra su papel indispensable como elemento adaptativo.

El Dr. Yamaji dice: «Este descubrimiento abre nuevas posibilidades para mejorar el manejo del Si en los cultivos, particularmente en regiones donde la disponibilidad de Si en el suelo se reduce por el cultivo. Al comprender mejor cómo las plantas regulan el Si, podemos diseñar estrategias de fertilización más eficientes y mejorar los cultivos. resiliencia a nivel mundial».

A medida que el cambio climático continúa amenazando la estabilidad agrícola, mejorar la gestión del Si podría convertirse en una estrategia clave para garantizar un suministro de alimentos más resiliente.

El Dr. Yamaji concluye: «El Si no es sólo un elemento que acumulan las plantas, es una herramienta de adaptación que las ayuda a prosperar y sobrevivir. Aprovechando el poder del Si, podemos ayudar a garantizar un futuro agrícola más sostenible y productivo».