La UJI indaga cómo influyen múltiples combinaciones de estrés abiótico en las plantas de tomate para encontrar respuestas que mejoren su aclimatación y supervivencia ante el cambio climático
El proyecto dirigido por la investigadora Sara Izquierdo Zandalinas del Grupo Ecofisiología y Biotecnología afronta el reto de la productividad de los cultivos en situaciones de cambio climático
image: A research team from the Eco-Physiology and Biotechnology Group at the Universitat Jaume I of Castelló, led by researcher Sara Izquierdo Zandalinas with the collaboration of José Luis Rambla Nebot, studies how complex combinations of these stress conditions affect the growth and survival of tomato plants. The team analyzes which plant responses are beneficial or harmful for acclimation to the environment, as well as the changes occurring in their metabolism, proteins and hormones. According to the results obtained and published so far, the effects of combining different types of stress are extensive. They impact photosynthesis, growth, and also the accumulation of proline, an amino acid that, while beneficial for stress resistance, could have an adverse effect under multifactorial stress. The study also provided interesting evidence about the role of a specific polyamine (spermine) in plant tolerance to a particular combined stress (salinity and the herbicide paraquat). Another conclusion of the study is that mechanisms for eliminating reactive oxygen species (ROS) could represent a potential strategy to increase plant and crop tolerance to multifactorial stress. Additionally, the hormone jasmonic acid appears to play a key role in tomato acclimation under combined conditions of high light intensity, salinity and paraquat exposure. Finally, through a multi-omics approach, the team analyzed the effect of up to six simultaneous stressors and determined that tomatoes activate a specific molecular program depending on stress complexity. They identified more than 190 genes that respond commonly, as well as others that are activated only under extreme conditions, including two key regulators of responses to combined heat stress. When comparing with other species, similar responses were found, suggesting a universal adaptation mechanism. These findings provide new insights for developing crops that are more resilient to the extreme conditions imposed by climate change.
Credit: Universitat Jaume I of Castellón
Cada año, situaciones de estrés abiótico como sequías, calor, salinidad o alta intensidad lumínica, unidas a condiciones de suelo desfavorables debidas a la actividad humana (herbicidas, cambios de pH o distintos contaminantes como microplásticos), y especialmente la combinación de estos factores, infligen un descenso en la productividad de los cultivos en todo el planeta. Si la tendencia en nuestro entorno no se desacelera o revierte, los suministros de alimentos podrían disminuir gravemente.
Un equipo de trabajo del grupo de investigación en Ecofisiología y Biotecnología de la Universitat Jaume I de Castellón, dirigido por la investigadora Sara Izquierdo Zandalinas con la colaboración de José Luis Rambla Nebot, estudia cómo combinaciones complejas de esas situaciones de estrés afectan al crecimiento y la supervivencia de las plantas de tomate y analiza qué respuestas de la planta son beneficiosas o perjudiciales para la aclimatación a su entorno, así como los cambios que se producen en su metabolismo, sus proteínas o sus hormonas.
Según los resultados obtenidos y publicados hasta el momento, los efectos de la combinación de diferentes tipos de estrés son amplios. Afectan al proceso de fotosíntesis, al crecimiento y también a la acumulación de prolina, un aminoácido, que, si bien es beneficioso para resistir al estrés, durante el estrés multifactorial podría tener un efecto adverso. También se han obtenido indicios interesantes referentes al papel de una poliamina concreta (espermina) en la tolerancia de las plantas a un determinado estrés combinado (salinidad y herbicida paraquat).
Otra de las conclusiones a las que ha llegado este estudio es que los mecanismos de eliminación de las especies reactivas de oxígeno (ROS), podrían representar una estrategia potencial para aumentar la tolerancia de las plantas y los cultivos a la combinación de estrés multifactorial, y que la hormona ácido jasmónico resultaría clave para la aclimatación del tomate cuando se dan condiciones combinadas de alta luminosidad, salinidad y presencia de paraquat.
Finalmente, a través de un enfoque multiómico, se ha analizado el efecto de hasta seis estreses simultáneos y se ha determinado que el tomate activa un programa molecular específico según la complejidad del estrés. Se han identificado más de 190 genes que responden de forma común y otros que se activan solo bajo condiciones extremas, incluyendo dos reguladores clave de las respuestas al calor combinado. Al comparar con otras especies, se han hallado respuestas similares, lo que apunta a un mecanismo universal de adaptación. Estos hallazgos aportan nuevas claves para desarrollar cultivos más resistentes a las condiciones extremas impuestas por el cambio climático.
El estudio ha permitido establecer colaboraciones con el grupo liderado por el profesor Ron Mittler de la University of Missouri (Columbia, EEUU) con el objetivo de compartir resultados de estrés multifactorial en distintas especies vegetales (ellos estudian plantas de maíz, soja y arroz) y con el profesor Alisdair Fernie del Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology en Golm-Potsdam (Alemania), un grupo referencia en el ámbito europeo en metabolómica de plantas.
Sara Izquierdo Zandalinas es personal del Programa Ramón y Cajal en la UJI. Ha investigado en las universidades de North Texas y Missouri, en los Estados Unidos. Es miembro del Grupo de Investigación de Ecofisiologia y Biotecnología y también del grupo de innovación educativa de Estudios Relacionados con las Ciencias de la Vida (INECVI). Su campo de investigación está focalizado en el estudio de las respuestas fisiológicas, bioquímicas y moleculares de las plantas cuando se exponen a estreses abióticos combinados.
Las conclusiones de sus investigaciones han aparecido en más de 70 publicaciones en revistas científicas de alto impacto, sus artículos han recibido más de 12.000 citas y su índice h es de 43. Obtuvo Premio Extraordinario de Doctorado en 2016, Premio Francisco Sabater de la Sociedad Española de Fisiología Vegetal (2019), el premio Young Scientist de la Federación de Sociedades Europeas de Biología Vegetal (2021) y el premio Santiago Grisolía (GVA, 2022). Además, desde 2023, ha sido incluida en el ranking Highly Cited Researchers de Clarivate Analytics, confirmando el impacto y la relevancia de su investigación a nivel internacional.
Esta investigación forma parte del proyecto PID2021-128198OA-I00, financiado por MICIU/AEI/10.13039/501100011033 y FEDER/UE, dentro del Plan Estatal de Investigación Científica, Técnica y de Innovación 2021-2023, orientado a impulsar sectores estratégicos para la recuperación, como son la salud, la transición ecológica y la digitalización.
Artículos: https://repositori.uji.es/search?query=PID2021-128198OA-I00