Respuesta de las plantas a bajo oxígeno y estrés

Todos los organismos vivos que necesitan oxígeno para obtener energía tienen que manejar situaciones donde el oxígeno es escaso. Estas situaciones, conocidas como hipoxia, pueden ocurrir cuando las plantas están sumergidas en agua o en áreas de crecimiento rápido de la planta. En respuesta a la baja cantidad de oxígeno, las plantas activan genes específicos que les ayudan a adaptarse a estas condiciones.

#El Papel de la Cisteína Oxidasa de Plantas (PCO)

Las plantas tienen enzimas llamadas Cisteínas Oxidasas de Plantas (PCOs) que juegan un papel clave en cómo perciben los niveles de oxígeno. Las PCOs ayudan a regular proteínas que controlan la actividad genética en respuesta a la disponibilidad de oxígeno. En condiciones normales, las PCOs ayudan a marcar ciertas proteínas para su destrucción cuando hay oxígeno presente. Sin embargo, cuando los niveles de oxígeno bajan, la actividad de las PCOs se reduce, permitiendo que ciertas proteínas permanezcan estables y activas.

Una de estas proteínas importantes se llama ERFVIIs, que ayuda a regular la respuesta de las plantas a condiciones de bajo oxígeno. Cuando falta oxígeno, los ERFVIIs permanecen estables y se unen a partes del ADN que activan la expresión de genes esenciales para sobrevivir a la hipoxia. Este cambio ayuda a la planta a pasar de respirar normalmente a fermentar, que es una forma menos eficiente de generar energía, pero que permite la supervivencia durante períodos cortos de escasez de oxígeno.

#Desafíos de la Reoxigenación

Después de un tiempo de estar sumergidas, las plantas enfrentan otro desafío cuando se exponen nuevamente al oxígeno. Este aumento repentino de oxígeno puede crear sustancias dañinas conocidas como Especies Reactivas de Oxígeno (ROS). Estas ROS pueden dañar las células de las plantas y alterar funciones normales. Las plantas deben reajustarse rápidamente para usar el oxígeno de manera efectiva nuevamente, realizar fotosíntesis y evitar la deshidratación, todo mientras lidian con posibles escaseces de azúcar y energía.

Tanto la baja cantidad de oxígeno como el regreso repentino al oxígeno pueden llevar a un aumento en las ROS, lo que requiere que la planta maneje sus respuestas con cuidado. En algunos casos, esta explosión de ROS puede señalar la necesidad de que la planta responda al estrés causado por condiciones de oxígeno pobre.

#La Interacción de la Hipoxia y las ROS

Estudios en una planta de investigación común, Arabidopsis, muestran que el estrés causado por la hipoxia también induce niveles de ROS. Cuando las plantas están sumergidas, experimentan una ola de ROS, y cuando vuelven a la superficie, la cantidad de ROS puede aumentar aún más debido a la reactivación de procesos metabólicos. Esto plantea la cuestión de si la hipoxia y las ROS están interconectadas en cómo las plantas responden a estas señales.

Aunque se sabe que la hipoxia desencadena respuestas en las plantas, el impacto de las ROS en la maquinaria de la planta que percibe los niveles de oxígeno es menos comprendido. Curiosamente, parece que estos dos estresores pueden interactuar, llevando a cambios complejos en cómo las plantas expresan genes relacionados con el estrés.

#El Papel de los ERFVIIs en la Respuesta de las Plantas

Los ERFVIIs son esenciales para ayudar a Arabidopsis a enfrentar tanto la falta de oxígeno como el estrés oxidativo. En experimentos, las plantas que carecían de ERFVIIs mostraron una recuperación deficiente tras ser expuestas a bajo oxígeno y luego permitidas volver a condiciones normales. Esto sugiere que los ERFVIIs ayudan a la planta a soportar el estrés asociado tanto con la hipoxia como con la presencia súbita de oxígeno.

Usando varios métodos, los investigadores encontraron que los ERFVIIs permanecían estables y activos en los núcleos de la planta incluso cuando estaban expuestos a ROS. Esta estabilidad es crucial ya que permite a los ERFVIIs seguir regulando la expresión de genes específicos relacionados con el estrés. Sin embargo, de manera intrigante, aunque son estables, los ERFVIIs tienden a reprimir la activación de genes que responden a la hipoxia en presencia de ROS.

#Estabilización de los ERFVIIs

Los investigadores mostraron que los ERFVIIs se mantienen estables cuando las plantas son tratadas con ROS o cuando son reoxigenadas. Normalmente, cuando hay mucho oxígeno, las PCOs marcarían a los ERFVIIs para su destrucción. Sin embargo, cuando hay ROS presente, la actividad de las PCOs disminuye, lo que lleva a los ERFVIIs a ser estables y disponibles para interactuar con el ADN de la planta.

En estudios que involucran modificaciones genéticas, los científicos crearon versiones de los ERFVIIs que prevenían su degradación. Estas proteínas modificadas demostraron que la estabilidad de los ERFVIIs está directamente relacionada con su interacción con la vía N-degron, que normalmente determina cuánto tiempo duran las proteínas dentro de la célula.

#El Impacto de las ROS en las PCO

Los investigadores también analizaron cómo las ROS afectan la actividad de las PCOs. Al estar expuestas a ROS, la actividad de estas enzimas se ralentiza. Esta reducción en la actividad evita la descomposición de los ERFVIIs, permitiéndoles permanecer activos en la regulación de la expresión genética. Sin embargo, los mecanismos exactos por los cuales las ROS inhiben la actividad de las PCO son complejos e involucran cambios en la propia enzima.

En estudios de laboratorio, los científicos observaron que incluso en cantidades bajas, las ROS podían reducir significativamente el funcionamiento de las PCOs. Este hallazgo indica que bajo condiciones de estrés oxidativo, la capacidad de la planta para procesar oxígeno se ve comprometida, permitiendo que los ERFVIIs se escapen de la degradación y se estabilicen.

#Cambios en la Expresión Génica

Investigaciones adicionales se centraron en cómo los cambios en la estabilidad de los ERFVIIs influyen en la expresión genética. Durante la respiración normal y la fotosíntesis, así como bajo estrés por bajo oxígeno y ROS, las plantas deben manejar cómo expresan varios genes. El equilibrio entre la activación de genes que responden a la hipoxia y genes de estrés oxidativo determina cuán bien puede sobrevivir una planta.

Cuando los investigadores expusieron plantas a ROS durante la hipoxia, notaron un declive en la expresión de importantes genes que normalmente se activarían durante condiciones de bajo oxígeno. En su lugar, se activaron genes que responden al estrés oxidativo. Este hallazgo sugiere que el mecanismo de respuesta de la planta es flexible y puede ajustarse dependiendo de los estreses específicos que enfrenta.

#Efectos Generales de la Hipoxia y las ROS

Los efectos combinados de la hipoxia y las ROS demuestran que las plantas pueden cambiar su expresión genética según los tipos de estrés que enfrentan. Pueden diferenciar entre bajo oxígeno y estrés oxidativo, activando diferentes conjuntos de respuestas.

Las plántulas de Arabidopsis bajo estrés por hipoxia mostraron cambios marcados en la expresión genética. Cuando los niveles de ROS aumentaron, la expresión de genes clave que normalmente se activarían durante condiciones de bajo oxígeno en realidad disminuyó. Este cambio significativo revela un mecanismo sofisticado que permite a las plantas priorizar ciertas estrategias de supervivencia sobre otras, dependiendo de su entorno inmediato.

#El Papel de los Factores de Transcripción

Los ERFVIIs son factores de transcripción que juegan un papel crítico en la gestión de las respuestas de las plantas al estrés. En el contexto tanto de la hipoxia como del estrés oxidativo, ayudan a regular qué tan rápido las plantas pueden alternar entre diferentes mecanismos de supervivencia. Al estabilizarse durante condiciones de alta ROS, los ERFVIIs pueden controlar la expresión de genes cruciales para adaptarse a escenarios de bajo oxígeno y alta ROS.

Sin embargo, mientras promueven respuestas a la falta de oxígeno, pueden inhibir la expresión de genes que responden a la hipoxia en presencia de ROS. Este doble papel refleja la necesidad de la planta de reaccionar apropiadamente a un entorno que cambia rápidamente.

#Conclusión

Entender cómo las plantas responden tanto a la hipoxia como al estrés oxidativo a través de las acciones de los ERFVIIs y las PCOs resalta la complejidad de las estrategias de supervivencia de las plantas. La capacidad de tolerar y gestionar varios estreses ambientales es esencial para la salud de las plantas, especialmente en condiciones fluctuantes como las inundaciones.

A medida que los investigadores continúan investigando estas vías, los conocimientos sobre la resiliencia de las plantas pueden llevar a avances en prácticas agrícolas, mejorando la resistencia de los cultivos a condiciones adversas. El estudio continuo de estos mecanismos demuestra las intrincadas relaciones entre diferentes tipos de estrés y cómo las plantas priorizan sus respuestas para asegurar su supervivencia.