Cuando los cultivos crecen en suelos contaminados con arsénico, este elemento tóxico se acumula en la cadena alimentaria.


por Yvonne Vahlensieck, Universidad de Basilea


Un estudio en el que participa la Universidad de Basilea ha descubierto un mecanismo utilizado por las plantas de maíz para reducir la absorción de arsénico: el factor clave es una sustancia especial que las raíces liberan al suelo.

El arsénico es un metaloide tóxico de origen natural. Los suelos y aguas contaminados con arsénico se encuentran en todo el mundo, especialmente en países del sudeste asiático como Bangladesh, Vietnam y China. Además, Suiza tiene algunos puntos calientes naturales donde se encuentra arsénico en concentraciones superiores a la media. Un ejemplo es el suelo de Liesberg, en el cantón de Basilea.

“El problema particular de las plantas es que el arsénico se comporta químicamente de manera similar al fósforo”, afirma el profesor Klaus Schlaeppi, del Departamento de Ciencias Ambientales de la Universidad de Basilea. El fósforo es un nutriente importante que las plantas absorben a través de canales de transporte especiales en sus raíces. “El arsénico entra a las plantas a través de estos canales”.

Como resultado, cada vez más sustancias tóxicas se acumulan en la biomasa y entran en la cadena alimentaria. A largo plazo, esto afecta negativamente a la salud humana. La exposición elevada al arsénico puede provocar daños neurológicos y cáncer, por ejemplo.

Las raíces liberan un antídoto

Pero como informó ahora el equipo de Schlaeppi en la revista PNAS , el maíz reduce la toxicidad del arsénico a través de compuestos conocidos como benzoxazinoides. Estas sustancias son producidas por la mayoría de las plantas del grupo botánico de las gramíneas, que también incluye el maíz y el trigo. El maíz produce cantidades especialmente grandes de benzoxazinoides, que también se liberan al suelo a través del sistema radicular.

El maíz reduce la toxicidad del arsénico en el suelo
Plántulas de maíz en un experimento de campo cerca de Liesberg. W22 denota las plantas que producen benzoxazinoides. Las plantas de maíz bx1 carecen de la capacidad de producir estas sustancias. Crédito: Universidad de Basilea, Veronica Caggìa

“Ya había pruebas de que el maíz absorbe menos arsénico que otras especies de plantas”, afirma Schlaeppi.

Para probar esta hipótesis, los investigadores cultivaron plantas de maíz en dos tipos de suelo: sin arsénico y con altos niveles de arsénico. Realizaron el mismo experimento en paralelo utilizando plantas de maíz que no pueden producir benzoxazinoides debido a un defecto genético. Schlaeppi realizó estos experimentos en colaboración con los grupos de investigación del profesor Adrien Mestrot y el profesor Matthias Erb de la Universidad de Berna.

Mitigar la toxicidad del arsénico

El resultado fue inequívoco: el maíz productor de benzoxazinoides creció mejor en suelos que contenían arsénico y acumuló significativamente menos arsénico en su biomasa que el maíz que no exudaba benzoxazinoides.

Cuando los investigadores mezclaron benzoxazinoides en el suelo que contenía arsénico, las plantas mutantes también quedaron protegidas de la toxicidad del arsénico. “Esto proporcionó la prueba de que la presencia de benzoxazinoides en el suelo reduce la absorción de arsénico por las plantas”, afirma Schlaeppi.

El maíz reduce la toxicidad del arsénico en el suelo
Como parte de experimentos en invernadero, los investigadores recolectan agua de los poros del suelo alrededor de las raíces de las plantas de maíz. La presión negativa en la jeringa extrae agua del suelo para su posterior análisis. Crédito: Universidad de Basilea, Veronica Caggìa

A continuación, los investigadores quisieron encontrar el mecanismo subyacente que causa este efecto. Los análisis del microbioma de la raíz indicaron que no estaban involucradas bacterias ni hongos. Sin embargo, los análisis químicos del suelo mostraron que una forma particularmente tóxica de arsénico desaparecía en presencia de benzoxazinoides.

“Esto indica que los benzoxazinoides transforman el arsénico de tal manera que ya no puede ser absorbido por la raíz “, afirma. Actualmente aún no está claro qué procesos químicos están involucrados.

Otros experimentos demostraron que el efecto positivo de los benzoxazinoides en el suelo persistió durante mucho tiempo: incluso una segunda generación de maíz todavía se benefició de la descarga de benzoxazinoides de la primera generación.

“Una aplicación de estos hallazgos sería cultivar en lugares contaminados con arsénico variedades de plantas que liberen más benzoxazinoides”, dice Schlaeppi. Las plantas hiperemisoras podrían generarse mediante mejoramiento clásico o modificaciones genéticas específicas. “De esta manera podríamos estar más seguros de que entrará menos arsénico en la cadena alimentaria“.

Más información: Veronica Caggìa et al, Los metabolitos especializados exudados por las raíces reducen la toxicidad del arsénico en el maíz, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2024). DOI: 10.1073/pnas.2314261121


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