La diversidad de formas de las hojas es enorme. De la aguja del pino, a la forma de espada de las hojas de muchas hierbas, de las trampas de las plantas carnívoras en forma de cepo o de jarra con tapa, a otros casos, como muchos cactus en que la hoja desaparece o queda reducida a un hilo  

o una espina. La diversidad foliar es uno de los factores que permiten que las plantas vivan en casi cualquier lugar del planeta, de la mayoría de los desiertos a los bosques tropicales. Las hojas son el principal lugar de la fotosíntesis y, al final, son la fuente de casi todo el alimento del planeta.

El programa genético que controla la forma de las hojas, morfogénesis foliar, se ha conocido recientemente. Ello puede dar lugar a una nueva revolución verde con un masivo incremento de las cosechas porque la productividad de la inmensa mayoría de las plantas va a depender del éxito fotosintético de las hojas. También puede ayudar a generar variantes de nuestras cosechas que estén mejor adaptadas para sobrevivir en un mundo más caliente. Es triste que en vez de luchar contra el calentamiento global estemos ya buscando formas de que su efecto sea menos desastroso.

La selección natural actúa por azar sobre un reservorio, un depósito de diversidad genética, cientos de miles de genes y secuencias de ADN no codificante que son el sustrato genético de cada especie. Este proceso evolutivo ha actuado a lo largo de millones de años sobre todas las especies siendo las más variables, las que mejor se adaptaban a un medio cambiante, las que tenían mayores probabilidades de sobrevivir. La evolución actúa sobre la función y estructura de los seres vivos (el fenotipo) en el sentido más amplio y este fenotipo se desarrolla por la interacción entre la expresión de los genes y el ambiente. Frente a la evolución biológica, la selección artificial es que el hombre elige, sobre esa diversidad natural,

algunas características, plantas más productivas, animales más mansos, incluso factores estéticos como tulipanes de colores sorprendentes o peces de acuario con colas maravillosas u ojos saltones. Este proceso de selección artificial fue el fundamento de la agricultura, la ganadería y de nuestros animales de compañía. Los efectos de esta selección se

pueden ver con claridad en la diversidad de las razas de perros, de un chihuahua sin pelo a un galgo afgano de pelaje largo y denso. La tercera fase tras la evolución biológica y la selección artificial en la que entramos ahora es actuar no solo sobre la selección sino sobre la diversidad genética, crear nosotros mismos la diversidad de ADN más atractiva para nuestros intereses. Podríamos llamarla selección dirigida. La pregunta sería cuál es la forma ideal de una hoja y cómo podemos diseñarla.  Los genes y moléculas que guían la morfogénesis foliar son muy parecidos en grupos muy diferentes de plantas. Básicamente hay combinaciones de genes que promueven el crecimiento y otras que lo detienen, y junto a ello otros genes que regulan la activación y desactivación de esos genes en función de las condiciones ambientales. Para los que vivimos en clima continental extremado con veranos secos y calurosos e inviernos fríos nos sorprende el tamaño que alcanzan las hojas de algunas plantas cuando las vemos en las zonas costeras andaluzas o en las Islas Canarias. Esas combinaciones de genes de activación y de inhibición son las que hacen que algunas hojas tengan bordes lobulados o que se trate de hojas compuestas donde se forman foliolos en torno al raquis o eje central.

La auxina, una hormona vegetal, es un elemento clave. Si se aplica auxina al borde de una hoja de tomatera, pierde su aspecto “plegado” o lobulado y crece toda por igual. El otro lado, el que no ha recibido auxina, crece normalmente (Development DOI:10.1242/dev.033811) En otras plantas, se ha visto que la respuesta a la auxina se produce solo en puntos específicos de las hojas en desarrollo e inhibiendo su acción, se impide la formación de foliolos. También se han encontrado genes “de borde” que se expresan en los pequeños espacios que separan los foliolos. Estos genes inhibirían el crecimiento de las células de las hojas. Si se inhiben, en vez de formarse varios foliolos, se forma una hoja ancha. Se han encontrado otros genes que afectan al grosor de la hoja y recientemente se ha visto uno que controla el tamaño de hojas, pétalos y semillas. Cuando se sobreexpresa este gen en Arabidopsis, una planta muy usada en Biología molecular, la planta tiene de hecho hojas más grandes, flores más grandes y semillas más grandes. Estudios preliminares en la colza oleaginosa (Brassica napus) han demostrado que también se consiguen granos más grande.

La selección guiada es de una importancia crucial porque las plantas están adaptadas al ambiente natural pero las condiciones de cultivo pueden ser muy diferentes. A menudo hacemos crecer las plantas de cultivo en una densidad extrema donde la cantidad de luz, por la sombra de las plantas vecinas, es muy inferior a la normal. Toda esta investigación nos puede llevar a plantas con hojas más grandes (y hay muchas especies de las que lo comemos son las hojas como la lechuga, espinacas, canónigos…) o con hojas con formas mejor adaptadas a nuestras condiciones de cultivo.

Otro punto sobre el que se está actuando son sobre los estomas. Los estomas son pequeñas aperturas en la superficie de la hoja que comunican el exterior y el interior de la hoja. A través de ellos se produce el intercambio de CO2  y oxígeno, para que la planta pueda fijar ese dióxido de carbono y hacer azúcares. Son también claves en el control de la temperatura de la planta y de la pérdida de agua. Un grupo de la Universidad de Kyoto han hallado un gen llamado stomatogen. Cuando se obtiene la proteína que codifica ese gen y se aplica a una hoja en desarrollo, aumenta la densidad de estomas. Manipulando el número de estomas podemos conseguir variedades de plantas más resistentes al calor o a la sequía. El escenario que se plantea para el futuro es un aumento en el CO2 presente en la atmósfera y un aumento de la temperatura. Si hay mucho CO2 las hojas cierran sus estomas pero entonces no pueden transpirar agua, que es el sistema

 

que tienen para bajar su temperatura. Si además la temperatura es más alta de la que esa planta está acostumbrada, el resultado es que la planta se sobrecalienta y muere. Podemos pensar que la evolución biológica se debería encargar de esos cambios pero es un proceso muy lento y el calentamiento global causado por el hombre es un proceso acelerado. Realmente muchas especies no tienen tiempo para hacerlo en la zona donde actualmente se cultivan si no les echamos una mano. Muchos especialistas en plantas consideran que aumentando artificialmente el número de estomas podemos dotar a las plantas de mayor adaptabilidad y aumentar sus posibilidades de supervivencia que especialmente en el caso de las plantas cultivadas son clave para nuestra propia supervivencia.

Esta investigación es enormemente importante pero no es algo nuevo del todo. La revolución verde que permitió aumentar la producción de la agricultura en el mundo entre 1945 y finales de los 1970 se basó en una planta de trigo y una planta de arroz que tenían los tallos más cortos. Como resultado, la planta gastaba la energía en producir granos, lo que cosechamos y comemos, en vez de en espigas más altas.

Esas plantas eran también más fáciles de cosechar. Los resultados en la India con la IR8, una variedad semienana de arroz, fueron una producción 10 veces superior a la que se conseguía con los cultivos tradicionales. Se calcula que esta variedad salvó a unos mil millones de personas de morir de hambre. Preparando este post encontré una foto de un padre y un hijo, agricultores indios. El padre había puesto de nombre a ese hijo, IR8, por agradecimiento a haber salvado la vida de su familia.

Para leer más:

  • Geddes, L. (2010) Perfect plants for a warmer world. New Scientist 275): 6-7.
  • http://ucdbiotech.wordpress.com/2009/09/20/hey-get-out-of-the-passing-lane-as-the-rice-plant-cuts-by-and-takes-an-early-lead-in-the-green-revolution/