¿Cuánto se estresan las plantas? Un nuevo microsensor permite medirlo sin alterarlas más

El estrés no es patrimonio exclusivo de las personas y los animales: las plantas también se estresan cuando sufren un ambiente hostil. Medirlo es una forma de anticiparse a los problemas de los cultivos, sobre todo cuando el cambio climático impulsa factores estresantes como altas temperaturas, incendios o sequías. Sin embargo, muchos métodos para cuantificar el estrés vegetal son invasivos (implican extraer una parte) o son poco precisos. Un grupo de investigadores ha creado un minúsculo sensor portátil de microagujas que mide en tiempo real una de las variables del estrés oxidativo en las plantas sin dañarlas, lo que abre una vía de futuro para ayudar a los agricultores frente a los efectos del cambio climático en las cosechas.

“Hemos desarrollado un dispositivo que monitoriza un indicador bioquímico del estrés directamente en el interior de una planta viva”, explica por correo Mufeeda Mundummal, autora principal del estudio e investigadora en la Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología (KAUST) de Arabia Saudí. “El prototipo combina una superficie sensora basada en grafeno con microagujas que permiten acceder al fluido del interior de la hoja, lo que nos permite seguir de forma continua los cambios en el estado de la planta sin tener que extraer tejido repetidamente para realizar análisis de laboratorio. Las microagujas son tan diminutas que no causan daños a las plantas”, continúa.

Ese indicador es el peróxido de hidrógeno (H₂O₂), es decir, el agua oxigenada, una molécula que las plantas producen de forma natural para la señalización, pero cuyos niveles varían cuando sufren estrés. “Nuestro sensor utiliza electrodos especialmente modificados que reaccionan con el peróxido de hidrógeno y convierten los cambios en su concentración en una señal eléctrica. El sensor mide una respuesta bioquímica asociada al estrés, aunque por sí solo no identifica la causa exacta de dicho estrés”, comenta Mundummal. El hallazgo ha sido publicado este jueves en un estudio en la revista Cell Reports Physical Science.

María Luisa Sandalio, que investiga sobre estrés oxidativo en la Estación Experimental del Zaidín (EZZ-CSIC) y que no ha participado en el estudio, explica: “El peróxido de hidrógeno juega un papel crucial en las plantas, ya que actúa como una señal que activa respuestas frente a agresiones externas y, al mismo tiempo, sirve como indicador de daños causados por el estrés oxidativo cuando se acumula durante largos períodos. Por ello, medir los niveles de esta molécula es una forma efectiva de evaluar el estado de salud de una planta en condiciones de estrés”.

En muchos casos, “esta medida requiere la recolección y procesamiento de muestras biológicas para analizar el H₂O₂ mediante técnicas especializadas como la espectrofotometría o la fluorescencia. Sin embargo, uno de los grandes desafíos actuales es encontrar métodos no invasivos que permitan monitorear en tiempo real el contenido de H₂O₂ u otras especies reactivas de oxígeno en la planta intacta y a lo largo del tiempo”, señala Sandalio. Para la investigadora del CSIC, “aunque la técnica electroquímica para medir H₂O₂ no es nueva y en la última década se han desarrollado varios sistemas similares, la propuesta de Mundummal destaca por ser compacta y sensible”.

José Manuel Palma, jefe del Grupo de Investigación de Antioxidantes, Radicales Libres y Óxido Nítrico en Biotecnología y Agroalimentación en la Estación Experimental del Zaidín (EEZ-CSIC), que tampoco ha participado en el estudio, considera “una idea interesante” apostar por un dispositivo “aséptico e inocuo” fabricado “para que no se altere en la estructura de la hoja”. “Es un trabajo muy interesante, aunque tengo ciertas dudas sobre la especificidad del sensor”, apunta.

Biosensores genéticos

En la investigación básica, se utilizan biosensores genéticos que se expresan en diferentes partes de la célula, como las mitocondrias o cloroplastos. Sandalio apunta que esos biosensores no son prácticos para plantas de interés agrícola, “ya que requieren la creación de líneas transgénicas, lo que implica la inserción de genes externos”. En este contexto, continúa, “el trabajo Mundummal y su equipo representa un avance importante”, porque “permite medir H₂O₂ de forma portátil y con alta sensibilidad”. La experta del EEZ-CSIC también pone objeciones: por ahora, el uso del dispositivo “está limitado a plantas con hojas gruesas como el aloe vera, y que solo se ha probado durante unas pocas horas de estrés, por lo que para confirmar su utilidad en condiciones reales, sería necesario monitorizar las plantas durante varios días”.

Palma tercia: “El peróxido de hidrógeno es un buen indicativo del estrés, pero no el más determinante”, por eso en la EEZ “apostamos por medir la peroxidación lipídica, un indicador más fidedigno que muestra cómo se están degradando las membranas celulares, que cuando se rompen se generan productos de degradación de los lípidos”. Para medirlo se utiliza un espectrofotómetro, un equipo para medir la cantidad de luz que absorben los compuestos, aunque para eso necesitan tomar muestras de la hoja, es decir, que no se puede hacer en tiempo real.

Mundummal concuerda en que el equipo de investigadores de la KAUST tiene por delante probar el dispositivo en una amplia variedad de especies vegetales para aumentar la recogida de datos, pero se muestra confiada en que, en el futuro, “podría contribuir a la agricultura de precisión al proporcionar información que ayude a orientar el riego, el control de la temperatura en los invernaderos o el sombreado”.