Ciencias Biológicas y de la Salud

Nuevas perspectivas para evitar la muerte de cultivos frente a altas temperaturas

Investigadores del CONICET descubrieron que la exposición de plantas a elevadas temperaturas promueve un tipo de muerte celular dependiente de hierro y que su inhibición permite la supervivencia a condiciones extremas.


Pagnussat y su equipo de trabajo. Foto: CCT Mar del Plata.

En un trabajo, publicado recientemente en la revista internacional Journal of Cell Biology de la Universidad de Rockefeller, Científicos del Instituto de Investigaciones Biológicas (IIB, CONICET-UNMdP) demostraron que las células vegetales sufren un tipo de muerte celular programada similar a la ferroptosis: un mecanismo dependiente de hierro recientemente descubierto en células tumorales.

En las células existen distintos tipos de muerte celular, algunas pueden ser “no reguladas” causadas por cambios abruptos en las condiciones ambientales. Otro tipo, son las “reguladas” en la que se dispara un programa dentro de la célula como en el caso de la ferroptosis, que ocurre únicamente si hay hierro disponible en la célula.

“Nosotros descubrimos que un tipo de muerte celular, muy parecido a la ferroptosis, recientemente descripta en células tumorales animales, ocurre en células de plantas a altas temperaturas. Esto es muy específico, porque no responde a otro tipo de estreses”, explica Gabriela Pagnussat, investigadora independiente del CONICET y directora del proyecto.

En este sentido, agrega que comprobaron que al sacar el hierro de las células, no se mueren aunque estén expuestas a condiciones ambientales que normalmente serían letales. Eso tiene implicancias agro tecnológicas porque se podría utilizar este nuevo conocimiento para frenar la muerte celular de plantas expuestas a altas temperaturas y que puedan continuar su ciclo de vida.

De esta manera, la investigación reveló que el shock térmico por calor induce un mecanismo de muerte celular regulado que es dependiente de hierro, involucra pérdida de antioxidantes, acumulación de especies reactivas de oxígeno y peroxidación de lípidos. Además, se concluye que existen similitudes a nivel morfológico entre las respuestas celulares que se dan durante la ferroptosis en animales y en plantas.

Estos resultados no solo sugieren que este mecanismo cumpliría un rol fisiológico en plantas frente a estrés por calor, sino que además sugieren que es una forma de muerte celular conservada, lo que genera cuestionamientos a nivel evolutivo. “La ferroptosis podría ser tanto una forma antigua y conservada de muerte celular o bien el resultado de una evolución convergente entre plantas y animales. Cualquiera haya sido el proceso evolutivo es notable que esta forma de muerte celular dependiente de hierro represente una solución común entre reinos distantes”, afirma Pagnussat.

El estudio se realizó en una planta modelo llamada Arabidopsis thaliana, pero este conocimiento contiene un potencial traslacional muy importante. “Ahora queremos trasladar esto a plantas de interés agronómico. Creemos que a futuro es posible activar los genes que se despiertan frente a la inhibición de la ferroptosis y así aumentar la tasa de supervivencia de esas plantas cuando están expuestas a altas temperaturas en el campo”, indica la investigadora.

Las variaciones extremas de temperatura en veranos cálidos son causantes de pérdidas agronómicas muy significativas a nivel global. En este estudio se expone que evitando el disparo de la muerte celular mediante el uso de inhibidores específicos de ferroptosis, las plantas sometidas a temperaturas que serían letales, toleran el estrés y continúan creciendo una vez normalizadas las condiciones ambientales.

“Las temperaturas que utilizamos en nuestros ensayos de termotolerancia son temperaturas que pueden alcanzarse a campo, lo que sugiere que podrían desarrollarse nuevas técnicas de protección para los cultivos sometidos a fluctuaciones de temperatura extrema. Esto resulta además crucial teniendo en cuenta que se esperan mayores temperaturas en el futuro cercano debido al cambio climático”, concluye Pagnussat.

El trabajo se realizó en colaboración con el grupo del Dr. Brent Stockwell, de la Universidad de Columbia, NY, EEUU, quienes descubrieron la ferroptosis en células animales, específicamente en ratones. El proyecto, llevado a cabo íntegramente en el país, se llevó a cabo además en estrecha colaboración con los Dres. Eduardo Zabaleta y Diego Fiol del IIB-CONICET-UNMdP y del Dr. Carlos Bartoli, del INFIVE-CONICET-UNLP.

Por Sabrina Aguilera. CCT Mar del Plata.

Equipo de investigación:
Gabriela Pagnussat. Investigadora independiente. IIB.
María Victoria Martin. Investigadora asistente CONICET. INBIOTEC.
Ayelen Distefano. Investigadora asistente CONICET. IIB.
Diego Fiol. Investigador adjunto CONICET. IIB.
Eduardo Zabaleta. Investigador principal CONICET.
Carlos Bartoli, investigador independiente CONICET
Andrés Bellido. Becario doctoral CONICET. IIB.
Sebastian D’Ippolito. Investigador asistente CIC.
Juan Pablo Cordoba. Becario doctoral CONICET. IIB.
Silvina Colman. Becaria post-doctoral Agencia.
Juan Roldan. Becario post-doctoral Agencia.