Antagonismo y sinergismo de los iones: combinaciones conocidas y desconocidas de elementos

Antagonismo y sinergismo de los iones: combinaciones conocidas y desconocidas de elementos. Interacción entre macro y micronutrientes

Las plantas son organismos estacionarios que están constantemente expuestos a diversas tensiones de nutrientes. Estas suelen producirse en el suelo y el medio ambiente.

El nitrógeno (N), el fósforo (P), el azufre (S), el zinc (Zn) y el hierro (Fe) son los cinco nutrientes principales que tienen un impacto significativo en el crecimiento y desarrollo de las plantas.

A pesar de su importancia, estos elementos suelen ser de difícil acceso para las plantas debido a su baja solubilidad y limitada movilidad en el suelo.

Sin embargo, para hacer frente a estos retos, las plantas han desarrollado mecanismos para sobrevivir en condiciones de estrés multifactorial y absorción limitada de nutrientes.

Las interacciones entre N, Pi (fosfato inorgánico), S, Zn y Fe se han estudiado a nivel fisiológico. Sin embargo, los mecanismos moleculares y las vías de señalización que permiten estas interacciones permanecen en gran medida inexplorados. En este artículo revisaremos las últimas investigaciones sobre las interacciones bioquímicas y fisiológicas entre macroelementos y microelementos en las plantas. En última instancia, la comprensión global de la interacción de la señalización de múltiples nutrientes en las plantas es de gran importancia biológica y crucial para el avance sostenible de la agricultura.

El ion funcional de las plantas: la compleja interacción entre macroelementos y microelementos (combinaciones de elementos)

Hace más de diez años, el concepto de «ion» se entendía como «una composición de nutrientes minerales y oligoelementos de un organismo vivo».

Recientemente, algunos científicos han propuesto un nuevo concepto de «ion funcional». Este incluye todos los elementos minerales necesarios para el crecimiento y desarrollo de los organismos vivos.

Estos elementos pueden clasificarse en los macronutrientes N, P, K, S, Mg y Ca. También en los oligoelementos Zn, Fe, Cu, Mn, Mo, Ni y B (Fig. 1).

Sin embargo, varios estudios anteriores han demostrado que, para el crecimiento óptimo de las plantas, también se necesitan otros tres elementos. Entre ellos se encuentran el Si (silicio), el Co (cobalto) y el Se (selenio).

Interacción cruzada entre macro y micronutrientes o nutrientes vegetales en respuesta a deficiencias de minerales individuales.

Figura 1. Interacción entre macro y micronutrientes Interacción cruzada entre macro y micronutrientes o nutrientes vegetales en respuesta a deficiencias de minerales individuales. Las interacciones resultantes de la deficiencia de un elemento (cualquiera de los 16 elementos) provocan un aumento (líneas continuas) o una disminución (líneas discontinuas) de la absorción de otros minerales.

Las carencias de nutrientes pueden modificar el «ion funcional» de los tejidos vegetales.

Los científicos han identificado 18 interacciones diferentes en plantas de colza con deficiencias de nutrientes minerales a nivel de absorción. En particular, la absorción de Mo aumentó significativamente en plantas deficientes en S, Fe, Zn, Cu, Mn o B (Fig. 1). Se sugirió que este resultado podría deberse a trastornos metabólicos directos e indirectos. Mo y S, lo que conduce a la potenciación de sus transportadores.

La reticulación de Si y Zn afecta al «ion funcional» del maíz. El suministro de Si y/o Zn a las plantas de maíz reduce significativamente la concentración de Pi, K, Mg, Ca, Mn, Ni y Co en las raíces, pero aumenta la concentración de Se. También se ha observado un efecto positivo de la interacción del Si y el Fe en el crecimiento y la productividad de hortalizas y cereales. Así pues, la dinámica del «ionoma funcional» de las plantas sometidas a carencias minerales individuales. Demuestra la complejidad y diversidad de las interacciones entre los nutrientes minerales individuales de las plantas.

En general, estos análisis ionómicos confirman además (combinación de elementos)que en las plantas se produce una compleja diafonía entre los nutrientes minerales, lo que indica que, bajo ciertas deficiencias, la diafonía estimula o inhibe la acumulación de otros nutrientes minerales, lo que cambia la composición iónica de los tejidos vegetales.

Además, algunos estudios han investigado las interacciones fisiológicas y genéticas entre los nutrientes de las plantas utilizando enfoques combinados de ionómica y estudios de asociación de todo el genoma (GWAS). El uso de Pi bajo en el cultivo de grosella común afectó a las concentraciones de otros nutrientes. Las concentraciones de Zn, Fe, S y cobre y cobalto en las plantas experimentales aumentaron significativamente. Gracias al rápido desarrollo de múltiples enfoques, así como de la biología de sistemas, se ha avanzado en la comprensión de los mecanismos moleculares subyacentes a los procesos fisiológicos y genéticos resultantes de las señales de múltiples nutrientes.

En los ecosistemas terrestres, las plantas superiores son organismos inmóviles y se enfrentan a tensiones ambientales variables. Entre ellos se encuentran las deficiencias de nutrientes del suelo y los metales altamente reactivos, que afectan significativamente a la supervivencia y el desarrollo de las plantas. En particular, las plantas cultivadas en el suelo están expuestas a estrés por nutrientes durante todo su ciclo vital. Por ejemplo, niveles bajos o altos de elementos minerales esenciales, como N, P, S, Zn y Fe. Por ello, las plantas han desarrollado mecanismos eficaces para co-regular estos estímulos con el fin de mantener la homeostasis de los nutrientes.

Hasta la fecha, la inesperada interacción entre macro y micronutrientes en las plantas se ha reconocido desde hace tiempo a nivel morfológico y fisiológico. Sin embargo, a pesar de su importancia fundamental, las bases moleculares, las redes reguladoras y la importancia biológica de estas interacciones en las plantas siguen siendo poco conocidas.

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Recientemente, varios estudios se han centrado en el análisis de la nutrición de las plantas (y combinaciones de elementos) –

considerando dos o más combinaciones de nutrientes, se ha sugerido que la homeostasis de N, Pi, Zn y/o Fe está fuertemente regulada en las plantas a diferentes niveles jerárquicos.

Por un lado, se han demostrado efectos sinérgicos entre N y P, y entre N y Zn en plantas de arroz, a nivel de señalización y transporte de nutrientes.

Por otro lado, se han observado interacciones antagónicas entre P y Zn, P y Fe, y Zn y Fe en la nutrición vegetal. Estas ocurren a nivel de respuesta transcripcional, percepción de nutrientes, señalización y transporte.

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