Hidrotropismo - Hydrotropism

Hidrotropismo

El hidrotropismo (hidro- "agua"; tropismo "orientación involuntaria de un organismo, que implica girar o curvarse como respuesta positiva o negativa a un estímulo") es la respuesta de crecimiento de una planta en la que la dirección del crecimiento está determinada por un estímulo o gradiente en concentración de agua. Un ejemplo común es la raíz de una planta que crece en aire húmedo y se inclina hacia un nivel de humedad relativa más alto.

Esto es de importancia biológica ya que ayuda a aumentar la eficiencia de la planta en su ecosistema.

El proceso de hidrotropismo se inicia cuando el casquete de la raíz detecta el agua y envía una señal a la parte alargada de la raíz. El hidrotropismo es difícil de observar en las raíces subterráneas, ya que las raíces no son fácilmente observables y el gravitropismo de las raíces suele ser más influyente que el hidrotropismo de las raíces. El agua se mueve fácilmente en el suelo y el contenido de agua del suelo cambia constantemente, por lo que cualquier gradiente en la humedad del suelo no es estable.

La investigación del hidrotropismo de raíces ha sido principalmente un fenómeno de laboratorio para las raíces cultivadas en aire húmedo en lugar de suelo. Su importancia ecológica en las raíces cultivadas en el suelo no está clara porque muy poca investigación sobre hidrotropismo ha examinado las raíces cultivadas en el suelo. La identificación reciente de una planta mutante que carece de una respuesta hidrotrópica puede ayudar a dilucidar su papel en la naturaleza. El hidrotropismo puede tener importancia para las plantas que crecen en el espacio, donde puede permitir que las raíces se orienten en un entorno de microgravedad.

Se cree que este comportamiento se desarrolló hace millones de años cuando las plantas comenzaron su viaje hacia tierra firme. Si bien esta migración condujo a un consumo mucho más fácil de CO 2 , redujo en gran medida la cantidad de agua disponible para las plantas. Por lo tanto, se ejerció una fuerte presión evolutiva sobre la capacidad de encontrar más agua.

Mecanismo

Las plantas reconocen el agua en su entorno para absorberla con fines metabólicos. Las moléculas de uso universal deben ser detectadas y absorbidas para que puedan ser utilizadas por estos organismos. En las plantas, el agua puede detectarse y se absorbe principalmente a través de las raíces, principalmente a través de raíces finas jóvenes en comparación con las raíces madres o raíces finas más viejas, como se muestra con el maíz en la investigación de Varney y Canny. La dirección y la tasa de crecimiento de estas raíces hacia el agua son de interés porque afectan la eficiencia de la captación de agua.

Los científicos han sabido que los receptores de las raíces para la mayoría de los estímulos están alojados en las células del casquete de la raíz desde la publicación de Darwin de 1880 de "El poder del movimiento de las plantas" en la que describió sus experimentos de gravitropismo. Los experimentos de Darwin estudiaron las plántulas de Vicia faba . Las plántulas se aseguraron en su lugar con alfileres, se cauterizaron las tapas de las raíces y se observó su crecimiento. Darwin notó que las tapas de las raíces cauterizadas no crecieron hacia ningún estímulo.

Sin embargo, hasta hace muy poco, solo en la última década, los científicos han encontrado un receptor probable en las capas de las raíces para las señales de gradientes de potencial hídrico. Las quinasas de tipo receptor (RLK) parecen ser responsables de esta detección de gradientes de potencial hídrico debido a su ubicación adecuada en las membranas celulares de las capas de las raíces, así como a sus interacciones y efecto sobre un tipo de canal de agua de acuaporina conocido como proteína intrínseca de la membrana plasmática. (PEPITA). Los PIP también se encuentran en la membrana celular y parecen estar involucrados en la conductividad hidráulica de la raíz. Dietrich plantea la hipótesis de que una señal de menor potencial hídrico probablemente afecte la interacción entre los PIP y los RLK, lo que resultará en un alargamiento y crecimiento celular diferencial debido a los flujos en el ácido abscísico (ABA) y sus siguientes vías. ABA es una fitohormona biosintetizada que se sabe que es activa en muchas vías de desarrollo fisiológico de las células vegetales. El soporte para las vías ABA que dan como resultado respuestas hidrotrópicas proviene de cepas mutantes de Arabidopsis thaliana que no pudieron biosintetizar / producir ABA. Se encontró que los mutantes tenían respuestas hidrotrópicas reducidas, de modo que el crecimiento de sus raíces hacia potenciales hídricos más altos no era significativo. Sin embargo, después de la aplicación de ABA, se observaron mayores respuestas de crecimiento de raíces hacia potenciales hídricos más altos.

Además, hemos reunido que las citoquininas también juegan un papel crucial. Esto es interesante porque la citoquinina actúa de manera antagónica con la auxina, que es una parte importante de la vía de respuesta gravitrópica. Las citoquininas provocan la degradación de la auxina que transporta las proteínas PIN1, lo que evita que la auxina se acumule en las áreas deseadas para la flexión gravitrópica. Esto nos lleva a creer que la respuesta hidrotrópica puede contrarrestar el deseo gravitrópico de moverse hacia el centro de la Tierra y permite que los sistemas de raíces se extiendan hacia potenciales hídricos más altos.

Este mecanismo está fuertemente respaldado por la observación de patrones de crecimiento de los mutantes del ácido abscísico de Arabidopsis ( aba 1-1 y abi 2-1 ) y del mutante sin respuesta hidrotrópica ( nhr1) . Los mutantes de ácido abscísico no pudieron producir ácido abscísico y, al azar, no pudieron mostrar ninguna respuesta significativa a los gradientes de presión del agua. No fue hasta que se añadió artificialmente ABA al mutante que no pudo mostrar ninguna respuesta hidrotrópica. Igualmente interesante, el mutante nhr1 muestra un aumento de las tasas de crecimiento de las raíces en respuesta a la gravedad y no responde a las señales hidrotrópicas. Esto puede deberse a que el sistema de raíces puede responder libremente a la gravedad, sin la respuesta hidrotrópica antagonista. Las plantas nhr1 comenzarían a mostrar una respuesta hidrotrópica solo en presencia de kinetina, que es un tipo de citoquinina. Esto apoya claramente la idea de que las citoquininas juegan un papel importante en la respuesta hidrotrópica. A pesar del gran apoyo que brinda este mutante, se desconocen los genes responsables de estos mutantes.

La señal para el crecimiento de las raíces, en este caso, es el potencial hídrico variable en el entorno del suelo de una planta; la respuesta es un crecimiento diferencial hacia mayores potenciales hídricos. Las plantas detectan los gradientes de potencial hídrico en la capa de su raíz y se doblan en la sección media de la raíz hacia esa señal. De esta manera, las plantas pueden identificar dónde ir para obtener agua. Otros estímulos como la gravedad , la presión y las vibraciones también ayudan a las plantas a coreografiar el crecimiento de las raíces hacia la adquisición de agua para adaptarse a diferentes cantidades de agua en el entorno del suelo de una planta para su uso en el metabolismo. Hasta ahora, estas interacciones entre señales no se han estudiado en profundidad, lo que deja potencial para futuras investigaciones.

Conceptos erróneos

  • El mayor crecimiento de las raíces en las zonas de suelo húmedo que en las zonas de suelo seco no suele deberse al hidrotropismo. El hidrotropismo requiere que una raíz se doble de una zona de suelo más seca a una más húmeda. Las raíces requieren agua para crecer, por lo que las raíces que se encuentran en suelo húmedo crecerán y se ramificarán mucho más que las que están en suelo seco.
  • Las raíces no pueden detectar el agua dentro de las tuberías intactas a través del hidrotropismo y rompen las tuberías para obtener el agua.
  • Las raíces no pueden sentir el agua a varios pies de distancia a través del hidrotropismo y crecer hacia ella. En el mejor de los casos, el hidrotropismo probablemente opera a distancias de un par de milímetros ″

Referencias