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¡Ábrete, Sésamo!

Las bacterias se disputan con las plantas el control de los poros de las hojas.

Cuando llegan a las plantas, las bacterias Pseudomonas syringae buscan puertas abiertas por donde ingresar y causar lesiones en las hojas y en los tallos. Las puertas son los estomas, poros microscópicos que poseen la capacidad de abrirse o cerrarse. Pero la planta detecta al enemigo y rápidamente bloquea sus entradas. Con las puertas cerradas las bacterias no tienen como entrar, pero no desisten. Descubren la llave para abrirlas y atacar a su víctima.

Parece una batalla científica de ficción pero es real. Cerrar los estomas es una respuesta innata de las plantas que restringe la invasión de las bacterias. La función inmunológica era desconocida para esas estructuras responsables del intercambio gaseoso y la transpiración de las plantas. El descubrimiento fue hecho por la bióloga brasileña Maeli Melotto, actualmente contratada como investigadora asociada en la Michigan State University (MSU), Estados Unidos. ?Los estomas conforman la primera barrera contra la infección bacteriana, y una sustancia liberada por las bacterias, la coronatina, bloquea esa defensa?, resume Maeli, primera autora del artículo publicado en la edición de septiembre de la revista científica Cell con tales resultados.

Lo descubierto es un paso importante en el conocimiento sobre los estomas. El mecanismo de defensa en la superficie de las hojas, hasta era desconocido en gran parte por causa del método de inoculación, el más común en los laboratorios. Para estudiar el sistema inmunológico vegetal, los investigadores inyectan el agente infeccioso (virus o bacterias) directamente dentro de la hoja. La búsqueda de Maeli estuvo impulsada por las observaciones de otros investigadores realizadas hace diez años, que mostraron la ineficacia de algunas bacterias para causar infección cuando son inoculadas en la superficie de las hojas  en lugar de en su interior. ?Como en condiciones de laboratorio las bacterias sólo entran en las hojas por el estoma, comencé a estudiar si eran ellos los que las protegían contra la invasión?, cuenta.

Un equipo de laboratorio coordinado por Sheng Yang He utilizó la planta Arabidopsis, una especie de versión vegetal del ratón de laboratorio, para estudiar los mecanismos moleculares y de bloqueo que permiten a las plantas evitar las infecciones bacterianas. El grupo expuso hojas de Arabidopsis a una familia de P. syringae nociva para las plantas. Las plantas tenían entre 70% y 80% de sus estomas abiertos, una situación típica de condiciones de luz propicias para la fotosíntesis. Pero las bacterias no se quedaron quietas: ellas distinguieron los estomas cerrados de los abiertos y se aglomeraron a su alrededor como los pasajeros que se apiñan para entrar en el metro antes que toque la silbato, en un horario pico.

La planta no avisa con un silbato, pero, al detectar a los invasores las hojas del experimento reaccionaron cerrando los estomas: en dos horas, sólo 30% de ellos seguía abierto. La reacción defensiva fue transitoria. Tres horas después, a pesar de que las bacterias continuaban allí, había otra vez tantos estomas abiertos como antes del ataque. Lo que las induce a abrirse es una sustancia liberada por las bacterias llamada coronatina, que hace las veces en las hojas de un ?Ábrete Sésamo?, las palabras mágicas que Alí Babá usó para entrar en la cueva de los 40 ladrones.

Los investigadores demostraron también que la reacción ante las bacterias es un reflejo generalizado que no depende de los daños causados por el invasor. Los estomas también se cierran cuando son expuestos a la Escherichia Coli, bacteria que ataca a los seres humanos pero es inofensiva para las plantas. Sin embargo, al contrario de lo que descubrieron con la P. syringae, Maeli y sus colegas observaron que la E. coli no posee un mecanismo que induzca a la reapertura de las puertas. Como no se especializa en el ataque a plantas, esa bacteria no ha descubierto la señal que le asegure la entrada.

Protagonistas discretos ?
A pesar de ser esenciales para la vida de las plantas, aún  se sabe poco acerca de como los estomas funcionan. Los libros escolares dicen que ellos se abren durante el día para absorber  dióxido de carbono (CO2) que será transformado en energías mediante el proceso de fotosíntesis. Pero el problema enfrentado por las plantas es que ellas pierden agua a través de los poros abiertos, un fenómeno conocido como transpiración. Por eso, el peligro de deshidratación obliga a las plantas a cerrarlos en las horas de mayor calor. Lo mismo valdría para cuando no es posible realizar la fotosíntesis, que requiere de la luz solar, pero los nuevos datos ponen en duda esa visión. ?Existía el dogma de que las plantas cierran sus estomas durante la noche, pero ahora estamos viendo que la realidad es distinta?, dice Rafael Oliveira, botánico del Centro de Energía Nuclear en la Agricultura (Cena) de la Universidad de São Paulo (USP) en Piracicaba. Estudios recientes sugieren que los estomas pueden ser una alternativa a las raíces en la absorción del agua. Stephen Burgess y Todd Dawson, de la Universidad de California en Berkeley, Estados Unidos, demostraron en 2004 que las secuoyas californianas beben agua por las hojas. Aún no se ha probado que los estomas sean los bebedores en este caso, pero Rafael Oliveira, de la USP, considera a esa hipótesis como la más factible. Los demás mecanismos considerados serían, según dice, más lentos que lo que él y sus colegas observaron.

Oliveira hizo su doctorado en el laboratorio de Dawson, e investiga si en Brasil sucede lo mismo que fue descubierto en las secuoyas. Sus estudios han demostrado que las plantas de la Sabana y de la Amazonia también absorben agua por las hojas. El botánico considera al mecanismo como una respuesta generalizada de las plantas a la disponibilidad de agua en el ambiente. El caso de las secuoyas es ejemplar, pues son árboles de gran porte que viven en una región con meses enteros de calor, con una espesa neblina diaria durante ese período. Existe por lo tanto, más agua en el aire que en el suelo. Para verificar como el agua ingresa en las hojas, será preciso realizar experimentos en laboratorio, como utilizar sustancias que induzcan el cierre de los estomas y comparar la absorción de agua foliar (relativo a las hojas), con la de las plantas no manipuladas.

Misterio vegetal ?
Aún no se sabe como las plantas detectan las condiciones ambientales, ni como interpretan las indicaciones contradictorias que el sol, la humedad del aire, o el sistema inmunológico y las bacterias proveen, para cerrar o abrir sus estomas. Pero la reacción defensiva parece tener un peso muy grande en la decisión: Maeli realizó sus experimentos a plena luz, cuando las plantas hacen la fotosíntesis y por ello tienen sus estomas abiertos. Asimismo, cerca del 80% de los estomas abiertos se cerraron ante la presencia de bacterias. ?Ese hecho sugiere que la planta disminuye su fotosíntesis cuando es atacada por patógenos?, concluye. En un trabajo anterior con porotos, publicado en la revista Genoma en 2005, ella observó que genes ligados a la fotosíntesis reducen su actividad cuando las plantas son atacadas por algún agente infeccioso. Esos resultados indican que el cierre de los estomas no es un fenómeno aislado, sino parte de un sistema que coordina tanto las funciones vitales de la planta como su defensa.

Hecho el descubrimiento en Arabidopsis, es preciso demostrar que lo mismo vale para otros sistemas. El uso de modelos biológicos, como Arabidopsis para las plantas, ratones de laboratorio para los mamíferos o drosófilas para los insectos, permite un avance más rápido en la investigación. Luego de descubrir un mecanismo en alguna de esas especies, es posible dirigir los estudios en busca de propiedades específicas en otros organismos. Maeli examinó también tomates y plantas de tabaco, que presentan el mismo tipo de respuesta. Por lo tanto, el grupo de la Universidad de Michigan va a invertir en comprender mejor el mecanismo que descubrió. ?Pretendemos estudiar con mayor detalle los componentes moleculares involucrados en la defensa estomatal y como la coronatina hace para desactivarlos. Queremos también entender si esa defensa es efectiva contra otras bacterias patogénicas que ingresan en la hoja, principalmente a través del estoma?,  dice Maeli.

En una selva tropical las hojas abrigan una inmensa diversidad de microorganismos (hasta 600 especies en una única hoja) y procesos complejos de interacción (ver edición de julio de este año de Pesquisa FAPESP). El mundo de las hojas llega a tener un nombre entre los especialistas, ?filósfera?. Aún queda mucho por descubrir en ese universo.

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