Evaluación de obras de conservación de suelos en el Distrito de Coixtlahuaca (Oaxaca, México) y bases para actuaciones futuras.

En el Distrito de Coixtlahuaca (Estado de Oaxaca, México) desde antiguo se han realizado obras y prácticas de conservación de suelos que intentaran paliar su degradación como consecuencia de la sobreexplotación de las actividades humanas, como el pastoreo, sistemas de cultivo como la roza, tumba y quema o la obtención de leña; a lo que se une la propia la vulnerabilidad natural de sus recursos naturales y las complicadas condiciones climáticas y orográficas. Estos factores han acabado con graves pérdidas de suelo por erosión hídrica en el centro y sur del Distrito, dificultando o impidiendo el normal desarrollo de las actividades humanas más básicas, como la agricultura o el abastecimiento de agua, o las funciones propias del ecosistema, y derivando en otros de índole socioeconómica como la marginalidad o la emigración hacia los EE. UU. y otros Estados del país. Las obras de conservación de suelos en ladera son medidas de amplia difusión en el ámbito conservacionista y de lucha contra la erosión; y han sido objeto de numerosos Programas de Gobierno, sobre todo entre 1966 y 1974. Sin embargo, la eficacia nunca ha sido comprobada para dichas tecnologías ni para el Distrito de Coixtlahuaca, con lo que los esfuerzos retomados en la actualidad continúan la inercia de las obras de conservación realizadas en el pasado, a pesar de haber sido el centro de encendidos debates. La evaluación de las obras de conservación de suelos, objeto de este estudio, analiza su eficacia, sus beneficios en relación al coste, y sus repercusiones socioeconómicas, culturales y ambientales; para lo que se ha estudiado la influencia de las obras sobre los procesos erosivos y la erosionabilidad del suelo, e integrado los distintos puntos de vista de los grupos afectados. Ello ha permitido extraer conclusiones aplicables a las que se están ejecutando actualmente, y la posibilidad de optimizar los recursos económicos empleados desde el Gobierno, la Reserva de la Biosfera a la que pertenece parte del Distrito u otras instituciones y ONGs locales; así como los recursos humanos que con tanto esfuerzo aportan los propios habitantes. Junto a las mejoras que se proponen, se hace necesario reseñar los medios que faciliten la realización de las obras de conservación de suelos, no sólo en su financiación, sino también aquellos que permitan activar los mecanismos de cambio en una sociedad en la que ha renacido una incipiente voluntad por recuperar los recursos en que basan sus medios de vida. Una implementación cuya sostenibilidad, en última instancia, sólo se puede garantizar mediante la adopción de dichas tecnologías a través los beneficios observados por ellos mismos.

La ordenación de los usos y actividades estacionales en la costa. El caso del Plan Insular de la Costa de Menorca

La política territorial que se ha desarrollado en las últimas décadas en la Isla de Menorca pone de manifiesto la preocupación de los poderes públicos y de los ciudadanos por el respeto y la comprensión del territorio en el que se asientan, así como la búsqueda de un equilibrio que permita un desarrollo económico acorde con la protección de los espacios de mayor valor ambiental. Como resultado de este proceso, en 1993 Menorca es declarada Reserva de la Biosfera por la UNESCO, en 1999 se protege la zona de influencia de todas las Islas Baleares, impidiendo nuevos desarrollos urbanísticos en la costa (DOT) y en 2003 se aprueba el Plan Territorial Insular de Menorca, que amplía dicha protección excluyendo del desarrollo algunos lugares sensibles, como Punta Grossa, Son Saura, Cala Galdana, etc? En este contexto, la actividad con mayor incidencia en la fragilidad del litoral de la isla de Menorca es el turismo vinculado al producto de sol y playa y a las actividades náutico-deportivas, caracterizado por su alta estacionalidad. Al esfuerzo de ordenación y gestión realizado en todo el territorio insular se suma ahora la redacción del Plan de Insular de la Costa cuyo principal objetivo es garantizar el mejor uso de los recursos y la integridad del litoral de la isla. La ordenación de las actividades, usos y prácticas vinculados al litoral permitirá controlar los efectos negativos de actividades en creciente expansión, como el fondeo, que, por falta de regulación, pueden llegar a ser perjudiciales para la estabilidad del medio, así como un menoscabo de la garantía en el uso y disfrute público de la costa. Además de los efectos negativos sobre las praderas de fanerógamas por el sistema de anclaje y depósito de muertos, el fondeo masivo puede crear conflictos con el resto de usuarios, especialmente los bañistas. El traslado del combustible desde los puntos de suministro hasta las zonas de fondeo y el acto de rellenar el depósito en el mar provoca vertidos incontrolados desde los barcos al mar, tanto voluntarios como accidentales, y riesgo de accidentes marítimos y en tierra.

La ordenación de los usos y actividades estacionales en la costa. El caso del plan insular de la costa de Menorca

La política territorial que se ha desarrollado en las últimas décadas en la Isla de Menorca pone de manifiesto la preocupación de los poderes públicos y de los ciudadanos por el respeto y la comprensión del territorio en el que se asientan, así como la búsqueda de un equilibrio que permita un desarrollo económico acorde con la protección de los espacios de mayor valor ambiental. Como resultado de este proceso, en 1993 Menorca es declarada Reserva de la Biosfera por la UNESCO, en 1999 se protege la zona de influencia de todas las Islas Baleares, impidiendo nuevos desarrollos urbanísticos en la costa (DOT) y en 2003 se aprueba el Plan Territorial Insular de Menorca, que amplía dicha protección excluyendo del desarrollo algunos lugares sensibles, como Punta Grossa, Son Saura, Cala Galdana, etc… En este contexto, la actividad con mayor incidencia en la fragilidad del litoral de la isla de Menorca es el turismo vinculado al producto de sol y playa y a las actividades náutico-deportivas, caracterizado por su alta estacionalidad. Al esfuerzo de ordenación y gestión realizado en todo el territorio insular se suma ahora la redacción del Plan de Insular de la Costa cuyo principal objetivo es garantizar el mejor uso de los recursos y la integridad del litoral de la isla. La ordenación de las actividades, usos y prácticas vinculados al litoral permitirá controlar los efectos negativos de actividades en creciente expansión, como el fondeo, que, por falta de regulación, pueden llegar a ser perjudiciales para la estabilidad del medio, así como un menoscabo de la garantía en el uso y disfrute público de la costa. Además de los efectos negativos sobre las praderas de fanerógamas por el sistema de anclaje y depósito de muertos, el fondeo masivo puede crear conflictos con el resto de usuarios, especialmente los bañistas. El traslado del combustible desde los puntos de suministro hasta las zonas de fondeo y el acto de rellenar el depósito en el mar provoca vertidos incontrolados desde los barcos al mar, tanto voluntarios como accidentales, y riesgo de accidentes marítimos y en tierra.

Nuevos mecanismos moleculares de tolerancia a sequía y otros tipos de estrés abiótico en especies arbóreas de interés económico

Las masas forestales tienen una importancia colosal para nuestra sociedad y el conjunto de la biosfera. Estudios recientes a escala mundial indican que la sequía es el factor abiótico que más afecta a su crecimiento y supervivencia, seguida por las temperaturas extremas y la salinidad. Aunque comprender los mecanismos con que las especies arbóreas toleran estas formas de estrés tiene un interés aplicado evidente, dichos mecanismos se han estudiado mucho más en especies herbáceas modelo o de interés agronómico. Existen sin embargo diferencias notables entre ellas, como se demuestra en esta tesis y en otros trabajos recientes. Nuestro estudio se centra concretamente en la respuesta molecular del chopo –el sistema modelo forestal más desarrollado– al estrés abiótico, con particular énfasis en la sequía. Utilizando una estrategia proteómica y tratamientos controlados, hemos identificado componentes mayoritarios de dicha respuesta. Su participación en la misma se ha validado mediante análisis transcripcionales detallados utilizando tecnología qRT-PCR (PCR cuantitativa en tiempo real). Hemos identificado proteínas cuyo nexo funcional con mecanismos de tolerancia ya era conocido, como chaperonas moleculares sHSP o enzimas que atenúan el estrés oxidativo, pero también proteínas cuya relación funcional con el estrés es menos clara o incluso novedosa, como polifenol oxidasas (PPO), deshidrogenasas/reductasas de cadena corta (SDR), o bicupinas (BIC), entre otras. El cuerpo central de la tesis consiste en la caracterización detallada de una PPO inusual, cuya inducción por estrés hídrico se describe por vez primera. Estas enzimas están ampliamente distribuidas en plantas, si bien su número es muy variable de unas especies a otras. Algunas, como nogal, tienen un único gen, mientras que Arabidopsis no tiene ninguno. En la última versión del genoma de chopo hemos identificado un total de 12 miembros bona fide, corrigiendo trabajos previos, y hemos caracterizado su expresión individual ante diferentes situaciones de estrés controlado y tratamientos hormonales. La isoforma antedicha es el único miembro de la familia que responde claramente a la deshidratación. También responde a salinidad y a la mayor parte de tratamientos hormonales ensayados, pero no a daño mecánico o tratamientos con metil jasmonato. Esto la diferencia de enzimas homólogas presentes en otras especies de plantas, que se han relacionado experimentalmente con estrés biótico. Los patrones de acumulación de transcritos en árboles adultos son compatibles con un papel protector frente a la sequía. La integración de nuestros estudios funcionales y filogenéticos sugiere que la familia ha sufrido un proceso reciente de diversificación y neofuncionalización, siendo la protección frente a deshidratación su papel primigenio. Aunque se conoce la actividad bioquímica in vitro de este tipo de enzimas, sus sustratos naturales son esencialmente una incógnita. Mediante expresión heteróloga en Escherichia coli BL21(DE3) hemos detectado que la enzima de chopo es capaz de oxidar L-DOPA a dopaquinona, siendo menos activa frente a otros sustratos. Por otra parte, hemos demostrado su localización cloroplástica mediante transformación transitoria de protoplastos con fusiones a la proteína fluorescente YFP. Mediante la obtención de plantas transgénicas de A. thaliana hemos demostrado que la enzima de chopo aumenta considerablemente la tolerancia in vivo frente a la deshidratación y al estrés salino. El análisis fenotípico detallado de las líneas transgénicas, combinando múltiples metodologías, nos ha permitido sustanciar que la tolerancia tiene una base compleja. Esta incluye una mayor protección del sistema fotosintético, una capacidad antioxidante muy incrementada y la acumulación de solutos osmoprotectores como la prolina. Los análisis metabolómicos nos han permitido asociar la expresión de la proteína a la síntesis de un flavano no descrito previamente en A. thaliana, vinculando la enzima de chopo con la síntesis de fenilpropanoides. También hemos observado alteraciones en los niveles hormonales que podrían subyacer a efectos pleiotrópicos con interés aplicado, como un aumento consistente del tamaño de la planta o el acortamiento del ciclo de crecimiento. Además de aportar datos novedosos sobre la funcionalidad in vivo de esta familia de oxidasas, los resultados de esta tesis demuestran que los árboles son sistemas de estudio interesantes para caracterizar nuevas estrategias de tolerancia al estrés abiótico con potencial aplicado. ABSTRACT Forests masses have an extraordinary importance for our society and the biosphere. Recent worldwide studies indicate that drought is the abiotic factor that affects more their growing and survival, followed by extreme temperatures and salinity. The understanding of how the arboreal species tolerate the stress has an evident practical interest, but their mechanisms have been studied much more in herbaceous species or with agronomic interest. However, considerable differences exist between them, as this thesis and recent studies show. Our study is focused on the molecular response of the poplar –the more developed forestry model system- to abiotic stress, specifically focused in the drought. Using a proteomic strategy and controlled treatments, we have identified main components in such response. Its participation has been validated through transcriptional analysis using qRT-PCR technology. We have identified proteins whose functional connection with tolerance mechanisms were already known, as molecular chaperones sHSP or enzymes that attenuate the oxidative stress, but also some proteins whose functional relationship with the stress is less clear or even novel, as polifenol oxidases (PPO), short chain deshidrogenases/reductases (SDR), or bicupines (BIC), among others. The central body of the thesis consists of the detailed characterization of an unsual PPO, whose induction due to drought stress is first described. These enzymes are thoroughly distributed in plants, but their number of members is very variable among species. Some of them, as the walnut tree, have a single gene, while Arabidopsis has none. We have identified a total of 12 members in the last version of the poplar genome, correcting previous works, and have characterized their individual expression against different situations of controlled stress and hormone treatments. The aforementioned isoform is the only member of the family that responds clearly to the drought. It also reacts to salinity and the majority of hormonal treatments tested, but it does not respond to mechanical damage or treatments with methyl jasmonate. This is the difference with homologue enzymes present in other plant species, which have been related experimentally with abiotic stress. The accumulation patterns of transcripts in adult trees are compatible with a protector role against drought. The integration of our functional and phylogenetic studies suggests that the family has suffered a recent process of diversification and neofunctionalization, being the protection against drought their original role. Although the in vitro biochemistry activity of this kind of enzymes is already known, their natural substracts are essentially a mystery. By means of heterologous expression of Escherichia coli BL21(DE3) we have detected that the enzyme of poplar is able to oxidize L-DOPA to dopaquinone, being less active against other substrates. Additionally, we have proven its chloroplastic location with transitory transformation of protoplasts with YFP protein fusion. By means of getting transgenic plants of A. thaliana, we have demonstrated that the poplar enzyme increases notably the in vivo tolerance against the drought and salinity stresses. The phenotypic analysis of the transgenic lines, and the use of multiple methodologies, allowed us to test the complexity of the tolerance. This includes a major protection of the photosynthetic system, a very increased antioxidant capacity and the accumulation of osmoprotectant solutes as the proline. The metabolic analysis has allowed to associate the protein expression with the synthesis of a Flavan non described previously in A. thalaiana, linking the enzyme of poplar with the synthesis of phenylpropanoids. We have observed alterations in the hormonal levels that could underlie pleiotropic effects with applied interest, as a consistent increase of the size of the plant and the reduction of the growth cycle. The results of this thesis, in addition to provide novel data about the in vivo functionality of the oxidase family, demonstrate that the trees are interesting systems of study to characterize new strategies of tolerance against abiotic stress with applied potential.