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Los agricultores dependen del rendimiento de los cultivos para obtener beneficios económicos, pero la contaminación del suelo o del agua con metales pesados ​​como el arsénico amenaza la producción de cultivos y la salud humana. Sin embargo, algunas plantas muestran tolerancia a la contaminación por metales pesados, lo que ofrece posibles intervenciones para mejorar la agricultura.

Klaus Schläppi y su equipo descubrieron que los metabolitos benzoxazinoides producidos por las plantas de maíz protegen los cultivos de la toxicidad del arsénico.

Verónica Caggia

«Hubo esta… observación de que el maíz acumula menos arsénico en comparación con otras especies de plantas», dijo Klaus Schlappi, biólogo vegetal de la Universidad de Basilea. «La pregunta era por qué».

Hace cuatro años, cuando Schläppi estaba en la Universidad de Berna, él y su equipo recurrieron a un grupo de metabolitos producidos por el maíz llamados benzoxazinoides, que actúan como insecticidas y atar hierro para uso vegetal y aluminio para reducir su toxicidad para las plantas.1-3 En un artículo reciente, Schläppi y su grupo demostraron que los benzoxazinoides también se unen al arsénico, lo que mejora el crecimiento de las plantas en suelos contaminados. El equipo publicó los hallazgos en Actas de la Academia Nacional de Ciencias.4 Los hallazgos ofrecen posibles soluciones para los agricultores de regiones contaminadas con arsénico.

“Ya sabíamos que [benzoxazinoids] «Afecta la absorción de varios iones metálicos, por lo que el hallazgo de que esto también incluye el arsénico es interesante», dijo Georg Janderun ecologista químico del Instituto Boyce Thompson que no estuvo afiliado al estudio.

Para evaluar si los benzoxazinoides protegían al maíz de la contaminación por arsénico, el equipo cultivó plantas silvestres y plantas mutadas que no podían producir benzoxazinoides en macetas con o sin tierra con arsénico. En presencia de arsénico, las plantas silvestres permanecieron más cortas en comparación con las cultivadas en suelos libres de arsénico; La deficiencia de benzoxazinoides redujo aún más el crecimiento de las plantas en suelos contaminados. Las plantas con deficiencia de benzoxazinoides también tenían una biomasa total más baja en presencia de arsénico en comparación con las plantas normales. Sin embargo, complementar los metabolitos mediante agua enriquecida mejoró el crecimiento de las plantas con deficiencia de benzoxazinoides.

Las plantas de maíz crecen en macetas individuales con jeringas que extraen muestras de agua del suelo.

En experimentos de invernadero, el equipo cultivó maíz en macetas y tomó muestras del agua con jeringas.

Verónica Cagg

A continuación, el equipo cuantificó el arsénico en las raíces y hojas de las plantas y descubrió que, si bien las hojas de ambos tipos de plantas tenían niveles comparativamente bajos de arsénico, las raíces deficientes en benzoxazinoides tenían una mayor acumulación de arsénico en comparación con las plantas de tipo silvestre. El arsénico existe como diferentes compuestos según su estado de oxidación. Cuando los investigadores investigaron la presencia de especies comunes de arsénico, observaron que los benzoxazinoides cambiaban las especies de arsénico presentes en el suelo.

«La forma en que los benzoxazinoides cambian las especies de arsénico será una cuestión de seguimiento que habrá que resolver», dijo Schläppi. Jander también considera que el destino del arsénico es la siguiente pregunta más importante. “¿Seguimos lidiando con un charco de arsénico que podría estar afectando otras cosas?” preguntó.

En una extensión del mundo real, el equipo de Schläppi identificó dos campos en una región agrícola de Suiza, uno con niveles de arsénico más altos que el otro, para cultivar. De manera similar a sus experimentos en macetas, el arsénico redujo la altura y la masa de las plantas en ambos genotipos, pero el efecto fue más pronunciado en las plantas con deficiencia de benzoxazinoides.

Finalmente, los investigadores estudiaron los efectos generacionales de los metabolitos del suelo sobre el crecimiento de las plantas. Si bien el arsénico atrofió el crecimiento de las plantas, las plantas cultivadas en campos que anteriormente albergaban cultivos de tipo silvestre crecieron más y más que aquellas cultivadas en campos donde se cultivaban plantas deficientes en benzoxazinoides.

«Esto será diferente en diferentes tipos de suelo con diferentes tipos de iones metálicos presentes o diferentes tipos de materia orgánica que podrían estar uniendo el arsénico», señaló Jander. Sin embargo, pensó que, en general, los hallazgos eran interesantes y añadían una nueva función de los metabolitos al campo. «No tienen todas las respuestas, pero muestran con bastante claridad que los benzoxazinoides afectan la absorción de arsénico», dijo Jander.

Referencias

  1. Maag D, et al. Inducción altamente localizada y persistente de factores de resistencia a herbívoros dependientes de Bx1 en maíz. planta j. 2016;88(6):976-991
  2. Zhou S, et al. Más allá de la defensa: múltiples funciones de los benzoxazinoides en el metabolismo del maíz. Fisiol de células vegetales. 2018;59(8):1528-1537
  3. Poschenreider C, et al. ¿Un papel de los hidroxamatos cíclicos en la resistencia al aluminio en el maíz? J Inorg Bioquímica. 2005;99(9):1830-1836
  4. Caggìa V, et al. Metabolitos especializados exudados por las raíces reducen la toxicidad del arsénico en el maíz. Proc Nat Acad Sci. 2024;121(13):e2314261121