Investigadores de la IHSM-UMA-CSIC describen por primera vez la estructura de la barrera protectora contra la radiación solar de las plantas, un trabajo que permitirá el desarrollo de nuevas variedades más resistentes a los efectos de la radiación solar.
Las plantas necesitan la luz del sol para vivir. Sin ella, no tendrían la energía necesaria para realizar la fotosíntesis, uno de los procesos naturales más apasionantes y que también ha servido de inspiración para la actual energía solar fotovoltaica. Aunque, no todos los rayos de la luz solar son beneficiosos para las plantas, que también sufren los rigores del astro.
Un equipo de investigación del IHSM La Mayora, centro de la Universidad de Málaga y al Consejo Superior de Investigaciones Científicas, ha descrito el mecanismo que emplean para protegerse de los rayos nocivos del sol, una especie de protector solar fruto de millones de años de evolución, que no solamente les ha permitido ponerse a salvo de esas agresiones, sino también transformar esos rayos ultravioletas en calor.
Cómo se protegen las plantas de la radiación solar
La fórmula es, en un principio, sencilla y, salvando las distancias, claro, se parece a lo que todo el mundo hace cuando llega a la playa. Se podría decir que las plantas cuentan con una especie de crema solar representada por determinados componentes de la cutícula, su parte más externa, que actúa como barrera entre el exterior y la planta.
Investigaciones previas ya habían demostrado la importancia de la cutícula para evitar la pérdida de agua, reducir las posibilidades de que el fruto de agriete y su papel de protector frente a agentes patógenos. Pero ha sido esta investigación firmada por un grupo del IHSM-UMA-CSIC, la que ha permitido describir el papel de esta capa externa como barrera de protección de las plantas frente a la radiación ultravioleta, en concreto la conocida como UV-B que, aunque solamente representa el 2 por ciento de la radiación solar, puede dañar a las plantas, incluso alterar su material genético.
El trabajo de este equipo de investigación liderado por Antonio Heredia no se ha quedado ahí, en descifrar el papel de la cutícula frente a los rayos más agresivos del sol, sino que, en un estudio posterior, publicado este mes de agosto en la revista Plant Physiology, han analizado la estructura de esta capa protectora con microscopía 3D Raman, lo que ha permitido descifrar su estructura y descubrir que esta epidermis superficial de las plantas evoluciona a medida que va madurando el fruto.
De qué está formada la cutícula que protege a las plantas de la radiación solar
Ya se sabía que estaba formada por unos componentes lípidos, es decir, grasas; por unos ácidos polisacáridos, que provienen de los azúcares; y también por ácidos fenólicos, que en este caso son los verdaderos protagonistas de este mecanismo de protección de la radiación solar, y en los que se ha centrado buena parte de estos estudios de la IHSM-UMA-CSIC, pero se desconocía cómo estaban dispuestos.
“Durante muchos años nos hemos preguntado cómo es la distribución de estos componentes”, afirma Antonio Heredia. La respuesta la han obtenido tras haber sometido a un corte transversal de la cutícula de un tomate a este microscopio de tecnología punta, un trabajo realizado en la Facultad de Agronomía de la Universidad BOKU (Austria). “El análisis con la tecnología raman nos ha permitido ver dónde se ubican esos ácidos fenólicos, que ocupan una mínima parte de la cutícula, apenas un 2%, pero su importancia es vital para las plantas”.
Dónde se sitúan los componentes que neutralizan la radiación solar más agresiva
Concretamente, estos fenoles se sitúan en la parte más externa de la cutícula, algo de esperar, por otra parte, si su función es la de neutralizar los rayos ultravioleta. Además, como el trabajo se ha realizado con tomates en diferentes estados de maduración, se ha observado que tanto en la fase inicial como en la etapa de madura, esta protección contra los rayos más peligrosos del sol se sitúa en el extremo externo, para cumplir a la perfección su papel como barrera protectora.
“Si estuviesen en la parte más interna, ya en la pared celular, sería difícil que parasen los rayos ultravioleta”, argumenta Antonio Heredia.
Este trabajo de investigación, sin exagerar, supone un hito en el conocimiento de la botánica. “A nivel del reino vegetal, este descubrimiento es muy importante, porque hemos desvelado el mecanismo de protección de la planta, que ha sido fruto de la evolución”, asegura este investigador.
Qué nuevos desarrollo permitirá conocer la estructura de la cutícula de las plantas
Se ha desvelado la estructura, la composición de la cutícula y, en un artículo anterior, se describió cómo es el mecanismo que emplean las plantas para protegerse de los rayos ultravioletas del sol. Se trata de un conocimiento de ciencia básica de gran utilidad, que dará pie a nuevos estudios en los que se averiguará cómo obtener variedades de plantas que sean más resistentes a los efectos del sol, algo muy a tener en cuenta en el contexto actual de cambio climático.
Lo que resulta sorprendente, sobre todo a ojos de los no iniciados en botánica y química, es cómo las plantas han conseguido construir una barrera perfecta contra los rayos ultravioletas más agresivos y, no solo eso, son capaces de neutralizarlos y convertirlos en calor, en un proceso circular en el que no se desperdicia ningún elemento.
El proceso fue descrito por el equipo de Antonio Heredia en un artículo publicado en Nature Communications este año, para el que se emplearon aportaciones de áreas diferentes como la biología vegetal, la espectroscopía molecular y la química cuántica.
Cómo funciona el mecanismo de fotoprotección de las plantas
El mecanismo de fotoprotección se basa en un proceso de rotación a través de un doble enlace debilitado tras la absorción de la radiación UV, “extraordinariamente rápido”– con una duración de una billonésima de segundo- y, además, cíclico, lo que permite mantener la protección a nivel cuticular de forma continuada.
“Los ácidos cinámicos presentes en las cutículas tienen una estructura molecular aromática conjugada con un doble enlace que absorbe especialmente radiación de la zona espectral UV-B. La molécula absorbe la energía y gira de forma instantánea”, señala la científica del CSIC Eva Domínguez, colaboradora de Antonio Heredia. Finalmente, la radiación absorbida se transforma en calor, es decir, la energía luminosa se disipa en forma de energía térmica volviendo la molécula a su estructura original para reiniciar el proceso.
La experta afirma que este mecanismo nunca se había comprobado en un sistema biológico y que abre la puerta a nuevos trabajos relacionados con otras posibles propiedades de la cutícula como la conductividad eléctrica inducida por la luz.
Como explica Antonio Heredia, la protección frente a los efectos de la radiación es fundamental para las plantas. Si no contaran con esa cutícula, los rayos ultravioletas podrían provocar quemaduras, ya que se trata de fotones de una gran energía. Pero no solo eso, sino que si llegan a las células internas, son capaces de alterar el ADN de la misma planta, hasta el punto de que ésta dejara de crecer o de florecer, por ejemplo.
La importancia de este trabajo es crucial para comprender mejor el funcionamiento de las plantas, pero todavía lo es más por los desarrollos futuros que se basarán en este conocimiento.
