El cambio climático altera el crecimiento de las raíces de los cultivos

El cambio climático impacta severamente en la producción agrícola, amenazando la seguridad alimentaria. Las plantas perciben, integran y responden de manera diferente dependiendo de la combinación de estreses. En esta revisión se detallan los efectos fisiológicos, hormonales y moleculares de la combinación de estreses abióticos en las raíces.

Los estreses abióticos ejercen un gran impacto en el desarrollo y funcionalidad de las raíces, alterando la captación de agua y nutrientes así como las interacciones con los microorganismos de la rizoesfera. Estos cambios en la arquitectura radicular y la funcionalidad de estos órganos también afectan a las partes aéreas de la planta, alterando importantes procesos fisiológicos y del desarrollo como la conductancia de los estomas, la fotosíntesis o la distribución del carbono. Todos estos ajustes entre la parte área y la parte subterránea tiene que ser coordinadas para proporcionar una respuesta global de la planta y permitir la adaptación a los distintos estreses. En respuesta a los diferentes estreses abióticos, las raíces despliegan respuestas fisiológicas y morfológicas únicas y compartidas entre ellos. Ejemplos de cambios compartidos entre estreses que alteren la arquitectura radicular son, alteraciones en la profundidad y longitud de las raíces, cambios en la formación y elongación de las raíces laterales así como alteraciones en el desarrollo de los pelos radiculares y la distribución del carbono y nutrientes entre las raíces y la parte aérea. Algunos cambios metabólicos son también comunes entre varios estreses, como la acumulación de osmoprotectores para evitar la pérdida del contenido de agua provocado por algunos de estos estreses como la sequía y la salinidad. De forma similar, en respuesta a la mayoría de estos estreses, ROS se acumula a niveles más altos, provocando daños en el DNA, carbohidratos y proteínas. Por otro lado, las células de las plantas contienen compuestos y enzimas antioxidantes para prevenir el exceso de acumulación de ROS y equilibrar la respuesta de estrés oxidativo. Otra respuesta común a los estreses abióticos, es el incremento del Ca2+ citosólico debido a la activación de los canales de calcio, producido a su vez por el aumento de los niveles de ROS y H2O2. Estos cambios en el flujo de calcio es la señal para disparar las distintas cascadas de fosforilación y desfosforilación mediadas por quinasas dependientes de calcio. Estas cascadas trasmiten la señal de estrés a las dianas de estas quinasas que incluyen familias específicas de factores de trascripción que regulan la respuesta global a estreses de la planta. Por otro lado, se ha demostrado que varias hormonas de plantas como el ácido abscísico, ácido jásmonico, etileno, o el ácido salicílico son reguladores claves de la respuesta de los sistemas radiculares a distintos estreses abióticos. También otras hormonas han sido asociadas a este tipo de respuesta como las citokininas, brasinoesteroides, auxinas y giberelinas. Por otro lado, los estreses abióticos inducen cambios transcriptómicos globales para ayudar al ajuste de la planta a la nueva situación ambiental. Así, la respuesta de las plantas comprende diferentes redes génicas reguladoras que implican distintas familias de factores de trascripción. Por último, investigaciones más recientes han demostrado el papel de distintos mecanismos epigenéticos en la regulación de estos estreses.

Las plantas han evolucionado complejos mecanismos de aclimatación que comienzan con la percepción y transmisión de la señal de estrés a la maquinaria celular y la subsecuente activación de distintas rutas de señalización que desencadenan la respuesta adaptativa. Como hemos mencionado algunas de estas respuestas de aclimatación y adaptación son comunes entre estreses pero las plantas también activan respuestas que están ajustadas solo a un estrés concreto. Como consecuencia, la respuesta de las plantas a la combinación de varios estreses no puede ser fácilmente predecible con el estudio de los estreses individuales. Más aun, dos estreses ambientales ocurriendo de forma simultánea pueden agravar o aliviar el crecimiento y supervivencia de la planta. Aunque la mayoría de las combinaciones de estreses ambientales tienen como resultado el desarrollo de una interacción negativa, hay ejemplos en los que dos estreses interaccionan de forma positiva. Este es el caso de la sequía y el estrés por O3 o la salinidad y altos niveles de CO2. Entender como los distintos mecanismos de tolerancia a estreses se combinan e interactúan para ajustarse a las distintas combinaciones de estreses es fundamental para mantener la estabilidad de la producción agrícola en el contexto de los cambios ambientales derivados del cambio climático. En este contexto, la identificación y caracterización de los caracteres de adaptación de las raíces como los que se describen en esta revisión, constituyen atractivas dianas para futuros programas de mejora que se encaminen a obtener la tolerancia cruzada a distintos estreses medioambientales relacionados con el cambio climático.

Publicación Original: Sánchez-Bermúdez, M., del Pozo, J.C., Pernas, M. 2022. Effects of Combined Abiotic Stresses Related to Climate Change on Root Growth in Crops. Frontiers in Plant Science 13. DOI: 10.3389/fpls.2022.918537