¿Plantas de cultivo agrícola adaptándose a crecer en condiciones de sombra?

Las plantas usan la luz del sol para transformar el dióxido de carbono atmosférico en alimento mediante la fotosíntesis. Así, a menudo unas plantas compiten con otras por el acceso a esta vital fuente de energía.

En bosques o en campos de cultivo con alta densidad de siembra, es frecuente que algunas plantas sombreen a otras, restringiendo la cantidad de luz que llega hasta ellas. Dado que menos luz implica menos energía, la evolución ha dotado a las plantas de mecanismos para detectar la cercanía de otras plantas potenciales competidoras por la luz antes incluso de que les hagan sombra, y responder adecuadamente.

Tras detectar la cercanía de vegetación, algunas plantas, entre las que se encuentra la mayoría de los cultivos agrícolas que comemos, son capaces de anticiparse a condiciones de sombra en su entorno y modificar su estructura y crecimiento para prosperar con menos luz. Lo ha comprobado en España un grupo de investigación del Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (IBMCP), centro mixto de la Universitat Politècnica de València (UPV) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), en colaboración con el Centro de Investigación en Agrigenómica (CRAG) de Barcelona. Los investigadores observaron que la caída en los niveles de pigmentos fotosintéticos de las plantas es parte de un mecanismo que les permite adaptarse para vivir con menos luz, anticipándose así a un posible futuro en la sombra.

Para realizar la fotosíntesis, las plantas absorben regiones concretas del espectro electromagnético, el azul y el rojo, y dejan pasar o reflejan la del rojo lejano (el rojo en la frontera con la radiación infrarroja). Por tanto, cuando la luz del sol se filtra por las hojas, se empobrece en azul y rojo (que se absorbe y utiliza para la fotosíntesis) y se enriquece en rojo lejano. Estos cambios en la calidad de la luz son la señal que otras plantas reconocen como generada por la cercanía de plantas vecinas (y por tanto de competición por recursos) y se basan en la señal para desencadenar una serie de respuestas conocidas como el síndrome de huida de la sombra (SAS, de sus siglas en inglés).

La respuesta más estudiada a este síndrome es el alargamiento del tallo de la planta, que le permite crecer más que las plantas vecinas y llegar antes a la luz. El síndrome de huida de la sombra también causa una disminución en los niveles de clorofilas y otros pigmentos originados en la fotosíntesis, pero hasta ahora se desconocía cuál era la razón de esta respuesta. Ahora, un equipo del Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (IBMCP) de Valencia y del Centro de Investigación en Agrigenómica (CRAG) de Barcelona ha descubierto que la caída en los niveles de pigmentos fotosintéticos es parte de un mecanismo que adapta la maquinaria fotosintética para funcionar con menos luz, anticipándose de esta manera a un posible futuro en la sombra.

La caída en los niveles de pigmentos fotosintéticos de las plantas es parte de un mecanismo que adapta la maquinaria fotosintética para funcionar con menos luz, anticipándose así a un posible futuro en la sombra. (Foto: Manuel Rodríguez)

Los equipos liderados por los investigadores del CSIC en el IBMCP Jaume Martínez García y Manuel Rodríguez Concepción estudiaron la respuesta a cambios en la calidad y la cantidad de luz de distintas especies de las Brasicáceas, familia que incluye importantes cultivos como col, coliflor, brócoli, colza, rábano o mostaza. Así, clasificaron las especies en dos grupos: las que evitan la sombra y las que la toleran. Las primeras crecieron mejor en intensidades altas de luz y se alargaron mucho al percibir la señal de proximidad vegetal. Las tolerantes a sombra, sin embargo, casi no se alargaron con esta señal y estaban mejor adaptadas a vivir con poca luz.

Además, observaron que, cuando las especies que evitan la sombra se exponían a la señal que informaba de la proximidad de vegetación y después crecían con menos luz, su eficiencia fotosintética era mejor que la de plantas que no se habían expuesto previamente a esta señal. “Observamos que esto era debido no solo a una bajada en los niveles de pigmentos fotosintéticos, sino también a cambios en la expresión de genes y estructuras de los cloroplastos relacionados con la fotosíntesis”, explica Manuel Rodríguez. Además, los investigadores comprobaron que plantas mutantes, incapaces de traducir la señal de proximidad de otras plantas, y las especies tolerantes a sombra, no mostraron esta respuesta adaptativa.

La mayoría de los cultivos que nos alimentan son especies de plantas a las que les gusta el sol y evitan la sombra, por lo que conocer cómo responden a las señales de proximidad ofrece una información muy valiosa para optimizar su crecimiento de forma sostenible. Para Jaume Martínez, “la exposición a luces que simulan la señal de proximidad podría mejorar el rendimiento de cultivos de invernadero al hacer que crecieran con menor cantidad de luz, lo que ahorraría costes de electricidad”.

Los resultados del estudio se publican en la revista académica Plant Physiology, con el título “Light signals generated by vegetation shade facilitate acclimation to low light in shade-avoider plants”. (Fuente: UPV)