Utilizando un par de sensores hechos de nanotubos de carbono, investigadores del MIT han descubierto señales que revelan cuando las plantas están experimentando tensiones como calor, luz o ataque de insectos o bacterias.
Los sensores detectan dos moléculas de señalización que las plantas utilizan para coordinar su respuesta al estrés: peróxido de hidrógeno y ácido salicílico.
Los investigadores descubrieron que las plantas producen estas moléculas en diferentes momentos para cada tipo de estrés, creando patrones distintivos que podrían servir como un sistema de alerta temprana. Los agricultores podrían usar estos sensores para monitorear posibles amenazas a sus cultivos, lo que les permitiría intervenir antes de que los cultivos se pierdan, dicen los investigadores.
Los investigadores descubrieron que los dos sensores juntos pueden decirle al usuario exactamente qué tipo de estrés está experimentando la planta.
Dentro de la planta, en tiempo real, obtienes cambios químicos que suben y caen, y cada uno sirve como una huella dactilar de un estrés diferente, dice el profesor Michael Strano, uno de los autores principales del estudio.
Las plantas responden a diferentes tipos de estrés de diferentes maneras. Los sensores consisten en pequeños nanotubos de carbono envueltos en polímeros. Mediante el cambio de la estructura tridimensional de los polímeros, los sensores se pueden adaptar para detectar diferentes moléculas, dando una señal fluorescente cuando el objetivo está presente.
Para incrustar los nanosensores en las plantas, los investigadores los disueln en una solución, que luego se aplica a la parte inferior de una hoja vegetal. Los sensores pueden entrar en hojas a través de poros llamados estomatas y establecerse en la mesophyll, la capa donde se realiza la mayoría de la fotosíntesis. Cuando se activa un sensor, la señal se puede detectar fácilmente mediante una cámara infrarroja.
En este estudio, los sensores para peróxido de hidrógeno y ácido salicílico se aplicaron a pak choi, una verdura verde frondosa también conocida como bok choy. Luego, los investigadores expusieron las plantas a cuatro tipos diferentes de estrés, luz intensa, picaduras de insectos e infección bacteriana y encontraron que las plantas generaron respuestas distintivas a cada una.
Cada tipo de estrés llevó a las plantas a producir peróxido de hidrógeno en cuestión de minutos, alcanzando niveles máximos en una hora y luego volviendo a la normalidad. La infección de calor, luz y bacteriana provocó la producción de ácido salicílico en las dos horas siguientes al estímulo, pero en distintos momentos. Las picaduras de insectos no estimularon la producción de ácido salicílico en absoluto.
Para el estrés como una picadura de insecto, una respuesta de las plantas incluye la producción de compuestos químicos que los insectos no les gustan, alejarlos de la planta. El ácido salicílico y el peróxido de hidrógeno también pueden activar las vías de señalización que encienden la producción de proteínas que ayudan a las plantas a responder al calor y otras tensiones.
Esta técnica es la primera que puede obtener información en tiempo real de una planta, y la única que se puede aplicar a casi cualquier planta. La mayoría de los sensores existentes consisten en proteínas fluorescentes que deben ser genéticamente diseñadas en un tipo específico de planta y se pueden aplicar universalmente.
Los investigadores están adaptando ahora estos sensores para crear plantas centenetas que podrían ser monitoreadas para dar a los agricultores una advertencia mucho antes cuando sus cultivos están bajo estrés.
