¿Por qué se mueren las plantas si las riegas demasiado?

Un día te asomas al balcón y descubres que tu querido geranio está “pocho”. Amarillento, o lacio, sin vida. Y piensas que tiene que deberse a una enfermedad o que, aunque haya estado lloviendo en abundancia, o no se te olvide regarlo ni un solo día, quizás le falta agua. Pero precisamente eso puede ser lo que esté acabando con tu amigo vegetal.

Todos los excesos son malos, y el exceso de agua no es una excepción. Si se te ha muerto una planta por regarla demasiado habrás visto señales claras de que está estaba pasando a mejor vida: hojas lacias, pérdida de turgencia, oscurecimiento o incluso amarilleo de las hojas. Todo esto tiene que ver con un estrés: El estrés por hipoxia.

Macetas de geranios en un balcón.

¿Qué es la hipoxia?

Partamos de la base: Las plantas, como cualquier organismo eucariota y avanzado, respiran, de modo que necesitan oxígeno. Y la hipoxia es una situación en la que la concentración de oxígeno cae por debajo de sus niveles habituales.

Pero, dirás… ¡Las plantas producen oxígeno! ¿Cómo pueden experimentar hipoxia si son capaces de generarlo a través de la fotosíntesis? Y tienes razón, parece algo difícil de creer. Pero no todos los tejidos de una planta hacen la fotosíntesis. Los órganos no verdes o no clorofílicos, como las raíces, son incapaces de realizarla. Las plantas son, además, bastante torpes en esto de transportar el oxígeno. No lo hacen a través de la hemoglobina, ni células especializadas para ello. De modo que es habitual que el oxígeno se quede donde se produce, o como mucho (y por ello les damos las gracias) lo liberen al exterior.

De modo que las raíces deben obtener el oxígeno de otra manera, y lo hacen a través del suelo. Si el sustrato en el que crece una planta es óptimo, tendrá poros en los que se almacenará aire que las raíces pueden utilizar. No obstante, si la tierra está muy apelmazada, o contiene demasiada agua, estos poros quedarán completamente anegados, y las raíces no tendrán aire del que obtener oxígeno. Obtener este elemento del agua es muy complicado, y se lo dejaremos a los organismos acuáticos.

Estrés por inundación: El cambio climático

A gran escala ocurre algo muy parecido a lo que ocurre cuando te pasas regando una planta. El cambio climático acarrea no sólo un incremento en las temperaturas globales, sino también en la frecuencia y gravedad de los eventos climáticos extremos: Riadas, temporales, sequías…

Cuando llueve tanto que el suelo es incapaz de filtrar y drenar el exceso de agua, se inunda, de modo que el espacio en los poros del suelo queda colapsado. Cuando esto ocurre en un campo de cultivo, las repercusiones son enormes, y suelen conllevar la pérdida de enormes cantidades de dinero, ya que las plantas de cultivo se ahogan y acaban muriendo.

Zona residencial anegada

¿Plantas tolerantes a la inundación?

Cuando vemos imágenes de un campo anegado, es inevitable pensar en los cultivos de arroz. Incluso a día de hoy, quienes cultivan este cereal inundan los campos de cultivos justo después de esparcir las semillas. Lo hacen porque el arroz es muy tolerante a las inundaciones; mientras que otras plantas y malas hierbas mueren, las semillas de arroz sobreviven, y cuando el agua se evapora o se drena, son capaces de crecer sin ninguna complicación.

Esta tolerancia se da por dos mecanismos. La semilla de arroz puede quedar latente, y retrasar su germinación hasta que el nivel del agua baje o, al contrario, puede acelerar su metabolismo y desarrollar una estructura (coleóptilo) larga y hueca que emerja sobre la superficie del agua y permita la entrada de aire a su través, como si fuera una pajita. Esto permite que la semilla germine. ¡Es el nuevo “flight or fight”!

Semilla de arroz latente (izquierda) y acelerada (derecha). El coleóptilo emerge en esta última sobre la superficie del agua, creando un espacio para la entrada de oxígeno a la semilla y permitir la germinación.

ERFVII: Los que lo cambian todo

El proceso por el que una planta percibe el oxígeno y responde a los niveles de éste se da a través de una ruta de degradación proteolítica: la Ruta de la Regla N terminal cisteína

Esta ruta determina la degradación de unas proteínas que, en las células de plantas, activan la expresión de genes relacionados con hipoxia. Estas proteínas (Factores de transcripción de Respuesta al Etileno VII, o ERFVII) tienen dos cosas en común:

  • Se expresan continuamente en la célula.
  • Su secuencia de aminoácidos comienza por una metionina (como todas las proteínas) a la que le sigue una cisteína.

Percepción del oxígeno: PCOs y oxidación

Simultáneamente a su traducción, los ERFVII perderán la metionina. Dejan expuesta la cisteína, que ahora pasa a ser N terminal (o en el extremo “amino” inicial, de la proteína). Con la cisteína expuesta, los ERFVII tienen dos posibles destinos:

  • Si no hay oxígeno, se quedan como están. Los ERFVII viajan al núcleo y activan la expresión de genes de respuesta a hipoxia, como ALCOHOL DESHIDROGENASA (ADH) o PIRUVATO DESCARBOXILASA (PDC).
  • Si hay oxígeno, las cisteín oxidasas de plantas (PCO) catalizan la oxidación de cisteína en ácido sulfínico, lo que inicia un proceso de degradación (Ruta de la Regla N terminal cisteína) que rompe la proteína en pequeños péptidos, haciéndola inservible.

Esta ruta permite que una planta detecte los niveles de oxígeno rápidamente. En cuanto la concentración de oxígeno cae, los ERFVII se estabilizan y empiezan a actuar, lo que permite que la planta pase de un metabolismo respiratorio a un metabolismo fermentativo, gracias a enzimas como ADH o PDC.

Ruta N Degrón Cisteína. Los ERFVII sufren una de-metionización inicial mediado por las Metionin Aminopeptidasas (MetAP), quedando la Cisteína expuesta en su extremo N terminal. En ausencia de oxígeno, estas proteínas viajan al núcleo y activan la expresión de genes de respuesta a hipoxia como ADH o PDC, activándose la fermentación. En presencia de oxígeno, esta cisteína se oxida mediante Cisteín Oxidasas de Plantas (PCO) a ácido sulfínico. Las Arginin Transferasas (ATE) transfieren entonces un residuo de arginina. E3 Ubiquitin Ligasas como PRT6 catalizan la adición de residuos de ubiquitina (Ub), con lo que la proteína acaba siendo degrada en el proteasoma, inhabilitando su función.

Cambios metabólicos

La fermentación (alcohólica, de ácido láctico, etc.) es un proceso metabólico que produce menos energía que la respiración (es menos eficiente), pero es mucho más seguro en hipoxia. Respirar cuando no hay oxígeno produciría especies reactivas y compuestos dañinos que podrían ser fatales para la célula.

En hipoxia, las células (de plantas e incluso animales) suelen preferir la fermentación, pero no pueden hacerlo por tiempo indeterminado. Es, por así decirlo, un modo de supervivencia a corto plazo, hasta que se restablezca el oxígeno. Si la hipoxia perdura, las células dejarán de producir eficientemente energía, y acabarán muriendo.

Esto es lo que ocurre, por ejemplo, en las raíces cuando tienen un exceso de agua. Se acaban “ahogando” y empiezan a fermentar. Si no encuentran aire pronto, no sólo les afecta el déficit de energía, sino que sus defensas caen y son más susceptibles a los ataques de patógenos como hongos. Finalmente entran en senescencia y dejan de suministrar nutrientes al resto de la planta, que por ende acaba marchitándose y muriendo.

¿Cómo podemos aplicar esto?

Experimentando con las PCO, los ERFVII y la Ruta de la Regla N terminal cisteína, se ha llegado a controlar la tolerancia de una planta (Arabidopsis thaliana, la planta modelo en la genética de los vegetales) a condiciones de estrés por hipoxia. Distintas variantes de las enzimas PCO, cruciales en esta regulación, actúan de distinta manera, y su actividad puede manipularse mediante ingeniería genética.

En un futuro, otras muchas plantas, particularmente aquellas que se cultivan en zonas con riesgo de inundación, podrían ser manipuladas de igual manera. Manipulando la percepción que tienen al oxígeno, podrán sobrevivir mejor a las inundaciones. Pero queda un largo camino para lograr esto, tanto a nivel de laboratorio como legislativo, mediante leyes que aprueben la modificación genética de organismos.

Hasta entonces, te recomendamos que busques en internet cuanta agua necesitan tus queridas plantas en casa, y regarlas solo lo suficiente para que crezcan felices y sanas.

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Mikel Lavilla Puerta

¡Hola! Soy Mikel, biólogo y biotecnólogo, antiguo estudiante UCM y actualmente estoy terminando mi doctorado en ciencias agronómicas en la Scuola Superiore Sant’Anna, Pisa. Durante mi carrera y máster ahondé en muchos aspectos de la biología, especialmente en la botánica y la fisiología vegetal. Actualmente trabajo en modelos de percepción del oxígeno en plantas. Utilizo biología molecular y un microorganismo, la levadura, como modelo para construir la ruta que permite que las plantas perciban el oxígeno. Mis pasiones rondan la biología sintética, molecular, microbiología y fisiología vegetal, pero fuera del laboratorio me encanta el teatro, la música (canto en un coro Góspel) y la naturaleza. Enlazo algunas publicaciones por si queréis saber algo más de mi trabajo, y para todo lo demás, ¡preguntadme!