Investigadores del Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas y el Instituto de Bioquímica Vegetal y Fotosíntesis han desarrollado una nueva técnica de microscopía que permite observar cómo las plantas toleran la alta salinidad. Este estudio, publicado en Nature, revela el papel crucial de la proteína SOS1 en el transporte y almacenamiento de sodio, lo que podría ser clave para encontrar soluciones biotecnológicas ante el problema creciente de la salinidad en suelos agrícolas. La investigación abre nuevas vías para mejorar la capacidad detoxificante de las plantas frente al estrés salino.
Un equipo de investigadores del Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (CBGP- UPM-INIA) y del Instituto de Bioquímica Vegetal y Fotosíntesis (CSIC) ha llevado a cabo un estudio internacional que utiliza una innovadora técnica de microscopía para observar, a escala celular, cómo las plantas se defienden contra el exceso de sodio. Este trabajo, publicado en la prestigiosa revista Nature, ha revelado la función crucial de una proteína vegetal en la tolerancia a la alta salinidad, un hallazgo significativo en la búsqueda de soluciones biotecnológicas ante el creciente problema de la salinidad en los suelos agrícolas, exacerbado por el uso intensivo del riego y condiciones climáticas cada vez más secas.
La investigación fue posible gracias a la combinación de la técnica CryoNanoSIMS (Cryo Nanoscale Secondary Ion Mass Spectrometry), desarrollada en Suiza, y al análisis detallado de la distribución subcelular de la proteína SOS1, protagonista del estudio. Priya Ramakrishna, investigadora principal del proyecto y asociada a la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne y la Universidad de Lausanne, destacó esta colaboración interdisciplinaria como esencial para los resultados obtenidos.
El agua utilizada para el riego contiene cantidades mínimas de sales que se acumulan en las capas superficiales del suelo tras la evaporación. Entre estas sales, los iones de sodio son particularmente preocupantes debido a su toxicidad, ya que compiten con los iones de potasio, un macronutriente vital para las plantas.
José M. Pardo, investigador del CSIC en el IBVF, explicó que “los investigadores han demostrado previamente que SOS1 es clave en el transporte de sodio a través de las membranas biológicas”. Esta proteína tiene como función principal expulsar el sodio acumulado en las células hacia el suelo o redistribuirlo entre los diferentes órganos vegetales mediante el sistema conductivo.
Otro mecanismo esencial para manejar la salinidad es el almacenamiento de iones de sodio en vacuolas celulares. Estas estructuras permiten a las células acumular grandes cantidades de sales sin comprometer procesos bioquímicos vitales. Sin embargo, hasta ahora no se habían identificado las proteínas responsables de este proceso. Francisco Gámez-Arjona, investigador del CSIC en el IBVF, afirmó que “este trabajo demuestra que SOS1 también es crucial para este mecanismo, especialmente en tejidos poco diferenciados donde aún no se ha desarrollado un sistema conductivo efectivo”.
Francisco J. Quintero, director del estudio en el IBVF, destacó que este hallazgo refuerza la importancia conocida de SOS1 en la tolerancia salina y abre nuevas oportunidades para su aplicación biotecnológica. “Ahora podemos investigar cómo se regula el direccionamiento de SOS1 hacia diferentes membranas celulares y explorar cómo esta nueva función puede potenciar la capacidad detoxificante de las plantas bajo estrés salino”, agregó.
Clara Sánchez, investigadora del CSIC en el CBGP-UPM-INIA, comentó sobre cómo este avance es un claro ejemplo del enriquecimiento mutuo entre diversas disciplinas científicas: “Hemos tenido que esperar a desarrollar nuevas capacidades analíticas para demostrar efectivamente cómo SOS1 transporta sodio hacia las vacuolas”.
Publicación Original:
Ramakrishna, P., Gámez-Arjona, F.M., Bellani, E., Martin-Olmos, C., Escrig, S., De Bellis, D., De Luca, A., Pardo, J.M., Quintero, F.J., Genoud, C., Sánchez-Rodriguez, C, Geldner, N., Meibom, A. 2025. Elemental cryo-imaging reveals SOS1-dependent vacuolar sodium accumulation. Nature 1–6. DOI: 10.1038/s41586-024-08403-y
El objetivo del estudio es entender cómo las plantas se protegen frente al exceso de sodio, lo que es fundamental para abordar el problema de la alta salinidad en los suelos de cultivo.
Se utilizó una técnica de microscopía llamada CryoNanoSIMS (Cryo Nanoscale Secondary Ion Mass Spectrometry) que permite el análisis elemental con resolución subcelular.
La proteína SOS1 es clave para el transporte de sodio a través de las membranas biológicas y también es fundamental para el secuestro de iones de sodio en vacuolas, ayudando a las plantas a tolerar condiciones salinas.
Este hallazgo abre nuevas vías para investigar cómo aumentar la capacidad detoxificante de las plantas sometidas a estrés salino, lo que podría tener aplicaciones biotecnológicas importantes.
El estudio fue realizado por investigadores del Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (CBGP- UPM-INIA), el Instituto de Bioquímica Vegetal y Fotosíntesis (CSIC), y varias instituciones suizas como la Escuela Politécnica Federal de Lausanne y la ETH de Zúrich.