Identifican la cutícula como primera barrera de protección de las plantas frente a la radiación UV

La cutícula –la parte más externa de las plantas, que actúa como interfase entre esta y el medio externo- cada vez tiene un papel más relevante en la agricultura. Ya han sido demostradas sus propiedades hídricas, para evitar la pérdida de agua, o mecánicas, frente al agrietado de los frutos, así como su participación en la protección ante patógenos.

Uno de los autores de este estudio muestra un ejemplo de cutícula.

Científicos del IHSM La Mayora, pertenecientes a la Universidad de Málaga (UMA) y al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), han dado un paso más en su estudio, identificando a la cutícula como primera barrera de protección de las plantas frente a la radiación ultravioleta (UV), en concreto, ante la UV-B (entre 280 y 310 nm)  que, aunque representa solo un 2 por ciento de la luz solar incidente, es potencialmente nociva para las plantas, pudiendo dañar los tejidos e, incluso, alterar el material genético.

Estudio multidisciplinar

Se trata de un estudio multidisciplinar en el que confluyen la Biología Vegetal, la Espectroscopia Molecular y la Química Cuántica. Los resultados han sido publicados en la prestigiosa revista científica Nature Communications.

“Hasta ahora se suponía que las hojas y frutos se protegían de la radiación UV mediante un amplio abanico de estructuras moleculares, denominados genéricamente compuestos fenólicos, presentes en diversos órganos y compartimentos celulares internos de las plantas”, explica el catedrático de Bioquímica y Biología Molecular de la UMA Antonio Heredia, uno de los autores de este trabajo.

Protección superior al 90 por ciento

Con este estudio se ha demostrado que la protección es ya mayor al 90 por ciento en la mayoría de las plantas, gracias a la estructura de la cutícula y que esta defensa se debe, fundamentalmente, a unos compuestos fenólicos, denominados ácidos cinámicos, localizados a bajas concentraciones desde hace millones de años en la membrana cuticular de los vegetales.

Los investigadores Antonio Heredia, Ana González y Eva Domínguez , autores de este estudio.Proceso ultrarrápido y cíclico

Asimismo, en esta investigación se ha descrito el mecanismo de fotoprotección, evidenciando que se trata de un proceso de rotación a través de un doble enlace debilitado tras la absorción de la radiación UV, “extraordinariamente rápido”- con una duración de una billonésima de segundo- y, además, cíclico, lo que permite mantener la protección a nivel cuticular de forma continuada.

“Los ácidos cinámicos presentes en las cutículas tienen una estructura molecular aromática conjugada con un doble enlace que absorbe especialmente radiación de la zona espectral UV-B. La molécula absorbe la energía y gira de forma instantánea”, señala la científica del CSIC Eva Domínguez, quien aclara que, finalmente, la radiación absorbida se transforma en calor, es decir, la energía luminosa se disipa en forma de energía térmica volviendo la molécula a su estructura original para reiniciar el proceso.

La experta afirma que este mecanismo nunca se había comprobado en un sistema biológico y que abre la puerta a nuevos trabajos relacionados con otras posibles propiedades de la cutícula como la conductividad eléctrica inducida por la luz.

Para la realización de esta investigación se han analizado las cutículas de más de una decena de tipos de plantas de familias muy distintas. Tres años de trabajo, cuya parte experimental se ha desarrollado en los laboratorios del nuevo edificio del IHSM del campus universitario, en los que junto a los científicos del IHSM Antonio Heredia (UMA) y Eva Domínguez (CSIC), también han participado la investigadora Ana González –autora de la tesis doctoral de la que parte este estudio-, la catedrática Pilar Prieto y el investigador Abel de Cózar, de las universidades de Castilla la Mancha y del País Vasco, respectivamente.

Referencia bibliográfica:

González Moreno, A., de Cózar, A., Prieto, P., Domínguez, E. and Heredia, A. (2022) Radiationless mechanism of UV deactivation by cuticle phenolics in plants. Nat Commun 13, 1786. https://doi.org/10.1038/s41467-022-29460-9