Una enzima actúa como sensor del estrés oxidativo en el arroz

UN/DICYT Este hallazgo del estudiante Pedro Alexander Velásquez, candidato a magíster en Ciencias Agrarias de la Universidad Nacional de Colombia (U.N.) Sede Palmira, permitiría avanzar hacia la “superexpresión” de dicha enzima, es decir más copias de esta en las plantas para hacerlas más resistentes a condiciones ambientales adversas como las provocadas por el cambio climático.

Cuando un ser vivo se encuentra en condiciones desfavorables como poca disponibilidad de agua, periodos prolongados en temperaturas extremas o escasez de nutrientes, en el interior de las células se empiezan a incrementar concentraciones de radicales libres –átomos que, por tener un electrón sin par, son muy reactivos–. El aumento de estas moléculas conduce al estrés oxidativo, que es el responsable de deteriorar los componentes celulares de los organismos vivos y causar múltiples enfermedades.

“El oxígeno da vida, pero también la quita; la da porque lo necesitamos para vivir y la quita porque el proceso de respiración genera radicales libres extremadamente tóxicos para las células. Las plantas llevan más de 2,7 millones de años mejorando la manera de combatir esto y nosotros investigamos cómo lo hacen”, afirma el estudiante de maestría.

Durante el estudio se encontró que las plantas en las que se silenció o “desactivó” el gen encargado de la producción de GPX presentaban un 62 % menos de producción de materia seca total y 52 % menos en producción de semillas, como consecuencia de la pérdida de control del sistema de defensa antioxidante.

“Sin Glutation Peroxidasa, la planta no sabe que está sufriendo estrés oxidativo, entonces las otras enzimas antioxidantes tampoco actúan y se ven reducciones severas de materia seca y rendimiento”, precisa el investigador.

Silenciando genes

Si se quiere saber qué función cumple un gen, primero es necesario silenciarlo, es decir llevarlo a su mínima expresión dentro de un organismo. Para ello se realizó una transformación genética en laboratorio, y el resultado obtenido fueron plantas transgénicas de arroz con genes GPX silenciados.

En el proceso se silenció el gen productor de la enzima y se introdujo uno que aportara resistencia al antibiótico higromicina. Este último gen es necesario para identificar después las plantas transformadas.

Para verificar que se hubiera concretado tal transformación en los ejemplares que se iban a estudiar, se germinaron las semillas de las plantas en un medio de cultivo con higromicina. “De esa forma las plantas transformadas genéticamente sobrevivieron”, cuenta el experto.

Las plantas transgénicas fueron desarrolladas y entregadas por la doctora Marcia Margis-Pinheiro, de la Universidad Federal de Río Grande del Sur, en Porto Alegre, Brasil.

La enzima se puede alojar en diferentes partes de la célula vegetal, como los cloroplastos, las mitocondrias o el citoplasma. En la investigación se evaluaron plantas que, después de la modificación, tenían ausencia de dos tipos de GPX en las mitocondrias: GPX1 y GPX3. En total se cultivaron 18 plantas transgénicas, nueve para cada tipo de GPX. Como plantas de control para la comparación se evaluaron tres que no habían sido intervenidas.

Durante dos años se caracterizó la evolución de las plantas a través de mediciones morfológicas, fisiológicas y bioquímicas. “Entre otros resultados, se encontró que la enzima GPX3 es esencial en las primeras etapas de crecimiento. En una de las líneas que evaluamos, las plantas murieron en las primeras etapas de crecimiento. También sabemos que cuando no se cuenta con la enzima en los cloroplastos, la planta siempre muere”, asegura.

Según afirma, el siguiente paso tras este hallazgo es lograr, mediante técnicas de ingeniería genética, la “superexpresión” de GPX. “Esperaríamos una respuesta más rápida de las plantas al estrés oxidativo para que puedan combatir mejor las condiciones climáticas adversas que, según expertos, serán más frecuentes en los próximos años”, plantea.