Los sensores de estrés de las plantas podrían revolucionar el manejo de cultivos

Utilizando tecnología innovadora, los investigadores han desarrollado sensores que detectan señales críticas de estrés en las plantas, lo que permite monitorear los cultivos en tiempo real y transformar potencialmente las prácticas agrícolas.

Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y la Alianza Singapur-MIT para la Investigación y la Tecnología (SMART) han presentado en un comunicado de prensa reciente un par de sensores pioneros elaborados a partir de nanotubos de carbono. Los nanotubos están diseñados para identificar cuándo las plantas están bajo estrés debido a factores ambientales como el calor, la luz o ataques de insectos o bacterias. Estos sensores son sensibles a dos moléculas de señalización cruciales, el peróxido de hidrógeno y el ácido salicílico, que las plantas utilizan para orquestar sus respuestas al estrés.

“Lo que descubrimos es que estos dos sensores juntos pueden decirle al usuario exactamente qué tipo de estrés está experimentando la planta. Dentro de la planta, en tiempo real, se producen cambios químicos que suben y bajan, y cada uno sirve como huella digital de un estrés diferente”, explicó Michael Strano, profesor Carbon P. Dubbs de Ingeniería Química en el MIT y uno de los principales autores del estudio.

Su descubrimiento se detalla en una publicación reciente en Nature Communications, en coautoría con Sarojam Rajani del Laboratorio de Ciencias de la Vida Temasek, Singapur.

Los sensores recientemente desarrollados detectan peróxido de hidrógeno y ácido salicílico en distintos momentos dependiendo del tipo de estrés, creando así patrones únicos que podrían servir como un sistema de alerta temprana para los agricultores. Esta tecnología ofrece una ventaja significativa al permitir intervenciones antes de que se produzcan daños en los cultivos.

En 2020, el laboratorio de Strano creó un sensor capaz de detectar peróxido de hidrógeno, una molécula que indica malestar en las plantas debido a ataques de insectos u otras tensiones como infecciones bacterianas o luz excesiva. El estudio reciente amplió esta innovación a la detección de ácido salicílico, una molécula clave en el crecimiento de las plantas y la regulación de la respuesta al estrés.

Los investigadores incorporaron estos nanosensores en plantas aplicándolos en una solución en la parte inferior de las hojas, donde ingresan a través de los estomas y residen en la capa de mesófilo fotosintetizador. Cuando se activan, estos sensores emiten una señal fluorescente detectable, que se probó en pak choi sometido a diversos tipos de estrés, como calor, luz intensa e infecciones bacterianas.

Strano dijo que los hallazgos representan un “lenguaje” que las plantas utilizan para coordinar su respuesta al estrés. Esta comunicación desencadena respuestas adicionales de las plantas, lo que ayuda a la supervivencia frente al estrés encontrado.

“Las plantas no tienen cerebro; no tienen un sistema nervioso central, pero evolucionaron para enviar diferentes mezclas de químicos, y así es como comunican al resto de la planta que hace demasiado calor o que un insecto depredador está atacando”, dijo Strano.

Este método se destaca como el primero en entregar datos de la planta en tiempo real y el único aplicable a prácticamente cualquier tipo de planta. A diferencia de los sensores tradicionales, que se basan en proteínas fluorescentes que deben integrarse genéticamente en plantas específicas como el tabaco o la Arabidopsis thaliana, esta tecnología es versátil y de implementación universal.

El equipo ahora está mejorando estos sensores para establecer “plantas centinela” que puedan proporcionar a los agricultores alertas avanzadas sobre el estrés de los cultivos, lo que permitirá intervenciones más tempranas. Por ejemplo, cuando las plantas carecen de suficiente agua, normalmente se vuelven marrones, un síntoma de etapa tardía que a menudo indica que es demasiado tarde para tomar medidas efectivas.

Además, esta tecnología podría allanar el camino para sistemas que no sólo detecten problemas en las plantas sino que también inicien medidas correctivas, como ajustar las temperaturas del invernadero o los niveles de luz.

“Estamos incorporando esta tecnología en diagnósticos que pueden proporcionar a los agricultores información en tiempo real mucho más rápido que cualquier otro sensor, y lo suficientemente rápido como para que puedan intervenir”, explicó Strano.

Esta innovadora tecnología de sensores no solo proporciona información en tiempo real sobre la salud de las plantas, sino que también tiene potencial para desarrollar sistemas que podrían responder de manera proactiva a las tensiones detectadas, revolucionando la forma en que los agricultores monitorean y gestionan la salud de los cultivos.

Se están realizando más investigaciones para ampliar la gama de moléculas de señalización detectables en las plantas, con el objetivo de profundizar la comprensión de cómo las plantas responden a diversas tensiones y estímulos.

Fuente: SeedWorld