El silicio (Si) es abundante en ambientes terrestres y representa del 0.1% al 10% del peso seco de una planta. Ciertas especies de plantas muestran altos niveles de acumulación de Silicio, y las investigaciones han identificado una alta acumulación de este elemento como un mecanismo de protección contra estresores abióticos (sequía, frío, calor) y bióticos (organismos vivos).
Oryza sativa (arroz) puede almacenar Silicio hasta un total del 10% del peso seco de los brotes (tallos, hojas, flores); asimismo el Silicio es vital para una producción estable de granos. Se cree que el alto grado de deposición de este elemento mitiga los daños causados por plagas, patógenos y desequilibrios de nutrientes. En el arroz, la absorción de Silicio está gobernada por dos tipos diferentes de transportadores en las raíces, pero la maquinaria específica involucrada en la deposición de Silicio en células específicas en las hojas de arroz sigue siendo un misterio.
Investigadores de la Universidad de Okayama, Japón, han descubierto que el transportador de Silicio Efflux Transporter 4 (SIET4) facilita la localización de este elemento en las hojas de arroz. Sus análisis funcionales que detallan los efectos de los mutantes en los que se eliminaron los transportadores SIET4, fueron publicaron en Nature Communications. El Dr. Jian Feng Ma, profesor del Instituto de Ciencias y Recursos Vegetales de la Universidad de Okayama, dirigió el proyecto. En el informe fueron coautores el Dr. Namiki Mitani-Ueno, el Dr. Naoki Yamaji, el Dr. Sheng Huang y el Dr. Takaaki Miyaji, también de la Universidad de Okayama. «Mi grupo de investigación ha estado investigando los mecanismos moleculares que sustentan la capacidad del arroz para acumular un alto contenido de Si desde hace algún tiempo», dice el Dr. Ma. «Sin embargo, si bien habíamos identificado los transportadores que permiten la absorción de Silicio por parte de las raíces y su translocación de la raíz al vástago, aún teníamos que determinar cómo se depositaba el Silicio en las hojas».
El equipo utilizó una serie de experimentos para comprender el papel de SIET4 en la acumulación de Silicio en las hojas. Estos incluyeron la generación de mutantes “knockout” (en los que se destruye un gen objetivo) y la caracterización funcional de SIET4 para comparar los perfiles de transcripción del arroz de tipo silvestre (WT) y los mutantes de SIET4. El equipo también describió la actividad de transporte y la localización celular de SIET4. «Confirmamos que SIET4 codificaba un transportador de Silicio y se expresaba constitutivamente en hojas de arroz WT. Además, el transportador estaba confinado al lado distal de las células epidérmicas y buliformes (que ayudan a enrollar las hojas para evitar la pérdida de agua) de la lámina de la hoja». dice el Dr. Ma. A diferencia del arroz WT, las plantas que carecían de SIET4 mostraron un crecimiento inhibido y finalmente murieron cuando se cultivaron en presencia de Silicio en la solución nutritiva y el suelo.
Otros rasgos característicos de los mutantes SIET4 fueron raíces y brotes disminuidos, deposición anormal de Silicio en las células del mesófilo de las hojas y la inducción de muchos genes de respuesta al estrés. Este hallazgo indica que la acumulación inadecuada de Silicio en tejido no designado fue similar a la respuesta de la planta a un factor estresante ambiental. En conjunto, los datos del equipo señalaron que SIET4 es vital para la exportación adecuada de Silicio desde las células de las hojas a la superficie de las hojas y para el crecimiento saludable de la planta.
Esto presenta un cambio de paradigma, ya que durante mucho tiempo se creyó que el Silicio era el único elemento que se encontraba en tanta abundancia en el suelo y que no dañaba una planta. En el caso del arroz, estos hallazgos muestran que procesos complejos como destinar la acumulación de Silicio a la hoja garantizan la supervivencia. El informe representa 10 años de investigación que han dado sus frutos.
El Dr. Ma concluye: «Este trabajo tiene el potencial de ampliar nuestra comprensión de cómo las plantas acumulan un alto contenido de Silicio. Esperamos encontrar genes como SIET4 en otras especies de plantas para que podamos abordar la mejora de la productividad de muchos otros cultivos importantes».
Referencias: Okayama University. (8 de Noviembre de 2023). Identifying a silicon transporter to improve the yield of rice. Obtenido de PHY ORG: https://phys.org/news/2023-11-silicon-yield-rice.html
Quimcasa de México 