Científicos de la Universidad de Nottingham han logrado en primicia encontrar una forma de observar cómo las raíces de las plantas toman y hacen circular el agua a nivel molecular.
El hallazgo, publicado en Nature Communications, puede ayudar a identificar variedades de cultivo más resistentes a las sequías y las inundaciones.
La incapacidad de monitorear la absorción de agua dentro de las raíces, sin dañar la muestra, ha sido un obstáculo clave para los investigadores que buscan comprender el movimiento de los fluidos en las células y tejidos de las plantas vivas.
El líder del estudio, el doctor Kevin Webb del Grupo de Investigación de Óptica y Fotónica, explica: «Para observar la absorción de agua en las plantas vivas sin dañarlas, hemos aplicado una técnica de microscopía óptica sensible basada en láser para ver el movimiento del agua dentro de las raíces vivas de forma no inavsiva, lo que nunca se ha hecho antes.
«Básicamente, el proceso mediante el cual las plantas pueden prosperar y convertirse en cultivos productivos se basa en qué tan bien pueden absorber el agua y qué tan bien puede manejar ese proceso. El agua juega un papel esencial como solvente de nutrientes, minerales y otras biomoléculas en los tejidos de las plantas. Hemos desarrollado una manera de permitirnos observar ese proceso a nivel de células individuales. No solo podemos ver el agua que sube por el interior de la raíz, sino también dónde y cómo viaja.
«Alimentar a la creciente población mundial ya es un problema. El cambio climático está provocando grandes cambios en el patrón y la densidad de las cascadas en el planeta, lo que genera problemas para el cultivo de cultivos en regiones afectadas por inundaciones o sequías. Al seleccionar plantas que se adaptan mejor a las estrés, el objetivo es aumentar la productividad alimentaria mundial mediante la comprensión y el uso de variedades de plantas con las mejores posibilidades de supervivencia que pueden ser más productivas en cualquier entorno, sin importar cuán seco o húmedo sea».
Para el estudio, se realizaron mediciones del transporte de agua en las raíces de Arabidopsis thaliana, que es una ‘planta modelo’ para los científicos, ya que pueden ser fácilmente manipuladas genéticamente para interferir con procesos básicos como la absorción de agua.
Usando un láser suave, la nueva técnica de imágenes, basada en la técnica de dispersión Raman ganadora del Premio Nobel, permitió a los investigadores medir el agua que viaja a través del sistema de raíces de Arabidopsis a nivel celular y ejecutar un modelo matemático para explicar y cuantificar esto.
Los investigadores utilizaron agua ‘pesada’ (óxido de deuterio o D2O), que contiene un neutrón extra en el núcleo de cada átomo de hidrógeno. Al escanear un láser en una línea a través de la raíz mientras la planta bebía, fue posible ver el agua ‘pesada’ pasando a través de la punta de la raíz.
En Arabidopsis que se había alterado genéticamente para comprometer su absorción de agua, estas mediciones, combinadas con el modelo matemático, revelaron una importante barrera de agua dentro de la raíz. Esto confirmó por primera vez que la absorción de agua está restringida dentro de los tejidos centrales de la raíz, dentro de los cuales se encuentran los vasos de agua.
El codirector, Malcolm Bennett, profesor de Ciencias de las Plantas en la Universidad, dijo en un comunicado: «Esta técnica innovadora es un verdadero cambio de juego en la ciencia de las plantas, ya que permite a los investigadores visualizar el movimiento del agua en una célula y en una segunda escala dentro de los tejidos de las plantas vivas por muy poco tiempo. Esto promete ayudarnos a abordar preguntas importantes como: ¿cómo ‘perciben’ las plantas la disponibilidad de agua? Las respuestas a esta pregunta son vitales para diseñar cultivos futuros mejor adaptados a los desafíos que enfrentamos con el cambio climático y los patrones climáticos alterados «.
Mientras se desarrollaba el método, la investigación se centró inicialmente en las células vegetales, que son aproximadamente 10 veces el tamaño de las células humanas y, por lo tanto, se pueden observar más fácilmente. El equipo de investigación actualmente está trasladando estos mismos métodos a las células humanas para comprender exactamente los mismos tipos de procesos a una escala aún menor.
Al igual que con las plantas, hay tejidos en el cuerpo humano responsables de manipular el agua, que es fundamental para su funcionamiento. Los tejidos transparentes del ojo, por ejemplo, pueden sufrir enfermedades de la manipulación de fluidos que incluyen cataratas del cristalino ocular; degeneración macular y glaucoma. En el futuro, la nueva técnica de imágenes Raman podría convertirse en una valiosa herramienta de detección y monitoreo de atención médica.
