La fusta dels arbres, una història de pes i equilibri

Si alguna cosa ens meravella de les plantes és el seu creixement, un dia plantes una llavor, i si les cures són les adequades, en no res et trobes amb tota una estructura vegetal que va directa cap a la llum del sol. I aquest creixement, en les plantes està definit de dues formes, l’anomenat creixement primari, i el secundari. El primer dels dos, el primari, si em permeteu la redundància, es caracteritza pel creixement en longitud tant de l’arrel com de la tija, i és conseqüència de l’activitat dels respectius meristemes, els teixits responsables del creixement vegetal: el radicular elonga l’arrel i du les sigles RAM, de l’anglès root apical meristem, i l’apical fa el corresponent amb la tija, i se’n diu SAM, shoot apical meristem. 

Els meristemes els formen cèl·lules mare desdiferenciades amb una alta tassa de divisió. Estes cèl·lules donen lloc als diferents teixits de la planta. I ací ens podem preguntar, com saben les cèl·lules quin teixit han d’originar? Molt fàcil, o no tant, la identitat cel·lular la determina una combinació entre el contingut hormonal i la posició dins de l’òrgan. Les principals hormones que intervenen en el creixement primari són d’una banda les auxines, encarregades de la divisió cel·lular, i d’altra les citoquinines, necessàries per a l’expansió de les cèl·lules. 

Amb aquesta informació ja estem familiaritzats en com les plantes creixen en longitud, així que ara toca parlar del creixement secundari, el que dona grossor tant a les tiges com a les arrels, perquè fa que el radi d’aquests òrgans augmente. Un creixement important i necessari per a sostenir les tiges mentre aquestes creixen en longitud buscant la llum. I per a que aquesta elongació secundària tinga lloc, cal l’activat del que es coneix com càmbium vascular. La pregunta és obligada, què és això del càmbium? Doncs un altre teixit meristemàtic, aquest amb la peculiaritat de que dona lloc als teixits vasculars encarregats de transportar aigua i nutrients a tots els òrgans de la planta. Així, quan el càmbium està actiu produeix aquests teixits: el xilema i el floema. 

I com activem aquest càmbium? Amb unes de les hormones que parlàvem abans, les auxines, que són indispensables. S’acumulen fins a un màxim i aleshores s’activa el càmbium, que produeix més xilema, donant lloc a la formació de fusta, per tant la tija creix en grossor i li dona estabilitat a la planta per a que puga seguir creixent en altura i siga resistent a diversos estressos mecànics, com puga ser el vent.

El creixement secundari 

Una vegada familiaritzats amb els sistemes de creixement de les plantes, cal començar a posar en valor la importància de l’estudi del creixement secundari. D’una banda, la fusta té un paper molt important com a segrestador de CO₂, donat que és un dels majors embornals de carboni terrestre després dels oceans. Aquests, absorbeixen entre el 25 i el 30% del CO₂ emès per les activitats humanes cada any, després aquest carboni es dissol a l’aigua on és absorbit pels organismes fotosintètics marins, com el fitoplàncton, i és emprat per a la fotosíntesi. Com que la fotosíntesi és un procés que comparteixen molts organismes, entre ells les plantes, també els  arbres capturen CO₂ de l’atmosfera quan la realitzen, i el transformen en biomassa que s’emmagatzema en forma de cel·lulosa i lignina en la fusta. No és difícil fer la relació: tenir plantes i arbres al voltant ens pot ajudar a reduir el CO₂ ambiental. 

I per altre costat, estudiar el creixement secundari té un gran interès industrial, ambiental i forestal, donat que la fusta s’empra per a materials de construcció o en la fabricació del paper, entre d’altres. Així doncs, la gestió forestal que afavoreix la plantació, creixement i recol·lecció d’arbres pot maximitzar la captura de CO₂, per això és tan important plantar nous arbres després de la tala, és la forma de mantenir el cicle de la captura activa del carboni.

Demostrar una hipòtesi

Tot i que tal volta no ens havíem parat a pensar-ho, ha quedat clara la importància del procés de la formació de fusta, però ara ens traslladem al laboratori per a estudiar-lo i entendre’l amb detall. En ciència, solem emprar organismes com a model d’estudi, i en biologia de plantes l’organisme model és Arabidopsis thaliana, degut a les seues propietas biològiques. Aquesta planta és de creixement ràpid, té una grandària reduïda, produeix moltes llavors i té facilitat per generar mutants, tot característiques que ens van a ajudar als nostres treballs. I concretament al nostre estudi, tot i que Arabidopsis és una herba anual, la fem servir per a estudiar el creixement secundari, donat que a la base de la tija floral trobem el càmbium i, per tant, hi ha creixement en grossor. 

Aleshores, ja ens podem posar amb la nostra hipòtesi: que el propi pes de la tija pot estimular el creixement radial en les plantes; i amb el model que anem a estudiar, un sistema nou i senzill que simula l’efecte del factor qüestió, el pes, sobre el creixement, sense afectar a altres paràmetres relacionats amb ell. I el material és ben senzill, afegim clips a les branques de les tiges, com si foren les boles dels arbres de nadal. Així, aconseguim generar una acumulació de pes que simula el guany de pes natural de la tija d’una planta adulta. I què hem observat? Que afegint aquest pes tenen un 60% més de creixement secundari. 

El següent pas per a entendre millor el que estava passant fou decapitar la tija, eliminant així el meristema apical i, amb ell, la producció d’auxines. I a que no endevineu què passa quan tractem les plantes decapitades? Bé, tal volta ho heu encertat, que no responen al tractament de pes. Per tant, amb aquest experiment tant simple hem descobert que les auxines juguen un paper important en la resposta al pes. 

Una qüestió genètica

Llavors, per a saber més sobre la contribució de les auxines en tot aquest procés, caracteritzàrem la resposta al tractament de mutants que tenen el sistema de transport d’auxines alterat. En concret, vam estudiar uns transportadors anomenats PIN, i que són una família de 7 proteïnes. Sorprenentment, dels 7 transportadors només el mutant de la proteïna 3, PIN3, no respongueren al tractament de pes. Aquest resultat ens indica que aquest tercer transportador pot tenir un paper rellevant en el creixement secundari induït per pes. 

Per tant, ens centràrem en la funció de PIN3 en aquest procés i ho estudiàrem des d’un punt de vista més cel·lular. Afegírem una etiqueta fluorescent a PIN3 per a observar la localització de la proteïna en condicions normals i si hi havia algun canvi quan afegim el pes. I sí, descobrírem que en augmentar el pes sobre la tija, PIN3 canvia de posició dins de les cèl·lules: no es concentra a la base de la cèl·lula, s’expandeix cap als laterals, com si la planta estiguera ”recalculant” la seua arquitectura. 

Cal tenir present que  el pes pot generar un efecte de compressió que poden captar les proteïnes de membrana com PIN3. Aquest canvi en la distribució del transportador genera una redistribució radial del fluxe d’auxines que arriba al càmbium. Així, si recordem, en generar un màxim d’auxines s’activa el càmbium produint més teixit vascular que reforça la tija. És com si PIN3 traduira el pes en una ordre per a construir. 

Davant d’aquest descobriment, era necessari comprovar que aquest mecanisme no és exclusiu d’Arabidopsis, així que traslladàrem els experiments a arbres, i escollírem per a l’estudi el xop (Populus tremula x tremuloides). Mitjancant tècniques d’edició genètica CRISPR, vam generar arbres mutants per a PIN3 i observàrem que tampoc responien a pes. Per tant, el paper de PIN3 es conserva en especies llenyoses, suggerint una funció evolutiva en angiospermes. 

Açò ens porta a pensar que la proteïna PIN3 podria ser la clau per a dissenyar plantes que s’adapten millor al seu entorn físic, suporten millor el pes dels fruits o, fins i tot, siguen més resistents en ambients urbans. PIN3 podria convertir-se en una diana biotecnològica per a millorar l’estabilitat estructural d’espècies agrícoles i forestals.

Durant anys, els professionals de la botànica hem observat com les tiges de les plantes anaven augmentant el diàmetre a mesura que creixien. Amb aquest estudi, hem fet un pas endavant cap a la comprensió de l’arquitectura vegetal on la coordinació entre creixement longitudinal i radial és essencial per a la supervivència de les plantes. El nostre estudi revela que PIN3 actua com un traductor molecular en el propi pes de la planta i la seua capacitat per a reforçar-se. En altres paraules, PIN3 permet que la planta ”senta” el seu propi pes i genere una resposta en conseqüència.