Un equipo internacional liderado por la Universitat Politècnica de Catalunya ha descifrado, por primera vez, los mecanismos genéticos que permiten a las plantas enfrentarse simultáneamente a múltiples formas de estrés ambiental. El estudio, publicado en la revista Nature Communications, aplica técnicas avanzadas de 'machine learning' a gran escala y abre una vía inédita para crear cultivos más resistentes a la crisis climática.
Las plantas sobreviven diariamente a una constante avalancha de amenazas: sequías cada vez más frecuentes, olas de calor, inundaciones... Aunque se conocen mecanismos aislados de respuesta, aún faltaban respuestas a una pregunta crucial: ¿Cómo coordinan internamente estas defensas cuando sufren varios tipos de estrés al mismo tiempo?
El descubrimiento de un “núcleo génico del estrés” abre nuevas vías para crear cultivos más resistentes
Para desentrañarlo, el equipo liderado por Raul Sánchez Muñoz, investigador postdoctoral Beatriz de Pinós de la UPC, y Isiah Zaplana Agut, profesor de la misma universidad, ha recurrido a técnicas de inteligencia artificial capaces de analizar datos biológicos de forma no supervisada, sin hipótesis preconcebidas.
La investigación combina un metaanálisis exhaustivo con algoritmos avanzados de unsupervised machine learning para estudiar más de 500 transcriptomas —el conjunto de moléculas de ARN expresadas por las células— de la planta modelo Arabidopsis thaliana, expuesta a diez tipos de estrés simultáneos: frío, calor, sequía, inundación parcial y completa, presión osmótica, exceso de luz, salinidad, radiación ultravioleta y heridas mecánicas.
Los investigadores responsables de la investigación con algunas muestras utilizadas en el estudio. De izquierda a derecha: Raul Sánchez y Isiah Zaplana
Gracias a este enfoque computacional, los investigadores han identificado por primera vez un “núcleo de genes del estrés”, es decir, un conjunto de genes clave que actúan como centro de mando ante múltiples amenazas ambientales.
Además, el estudio destaca un hallazgo especialmente relevante: el papel regulador del etileno, una hormona vegetal conocida por intervenir en procesos como la maduración del fruto.
El etileno emerge como regulador central de la respuesta a múltiples estreses ambientales
Ahora se revela como un 'director de orquesta molecular', capaz de integrar y coordinar la activación de los genes esenciales que permiten a las plantas resistir condiciones extremas combinadas.
“La identificación de esta red génica y del papel del etileno abre la puerta al desarrollo de nuevas variedades vegetales más adaptadas al cambio climático”, explica Raul Sánchez.
Comprender cómo las plantas afrontan condiciones de estrés severas es vital en el actual contexto de crisis climática”
Por su parte, Isiah Zaplana subraya que “comprender cómo las plantas adaptan su fisiología ante condiciones de estrés severas es vital en el contexto de crisis climática”.
Hacia cultivos más resistentes y sostenibles
Los genes identificados y validados experimentalmente representan ahora nuevos objetivos biotecnológicos para la mejora de cultivos. El hallazgo podría facilitar la creación de plantas capaces de prosperar en escenarios de sequía prolongada, temperaturas extremas o inundaciones, factores que ya afectan a millones de hectáreas agrícolas en todo el mundo.