Avances genéticos para cultivar alimentos a pesar de la sequía

EP | 19/05/2021

Tomates cultivados y muestreados para obtener material genético para esta investigación. - SIOBHAN BRADY/UC DAVIS

Científicos han descubierto datos genéticos que ayudarán a los cultivos alimentarios, como el tomate y el arroz, a sobrevivir a períodos de sequía más largos e intensos por el calentamiento global.

A lo largo de la última década, un equipo de investigación de la Universidad de California Riverside trató de crear un atlas molecular de las raíces de los cultivos, donde las plantas detectan primero los efectos de la sequía y otras amenazas ambientales. De este modo, descubrieron genes que los científicos pueden utilizar para proteger a las plantas de estas tensiones.

Su trabajo, publicado en la revista 'Cell', logró un alto grado de comprensión de las funciones de las raíces porque combinó datos genéticos de diferentes células de raíces de tomate cultivadas tanto en interiores como en exteriores.

"Con frecuencia, los investigadores hacen experimentos en el laboratorio y en el invernadero, pero los agricultores cultivan cosas en el campo, y estos datos examinan también muestras de campo", explica en un comunicado Neelima Sinha, profesora de biología vegetal de la UC Davis y coautora del trabajo.

Los datos han aportado información sobre los genes que indican a la planta que debe fabricar tres cosas fundamentales.

Los xilemas son vasos huecos en forma de tubo que transportan agua y nutrientes desde las raíces hasta los brotes. Sin el transporte en el xilema, la planta no puede crear su propio alimento mediante la fotosíntesis.

"El xilema es muy importante para proteger a las plantas contra la sequía, la sal y otros tipos de estrés --explica la autora principal del estudio, Siobhan Brady, profesora de biología vegetal de la UC Davis--. A su vez, sin el transporte de minerales de las plantas en el xilema, los humanos y otros animales tendrían menos vitaminas y nutrientes esenciales para nuestra supervivencia". Además de algunos actores típicos necesarios para formar el xilema, se encontraron nuevos y sorprendentes genes.

El segundo conjunto de genes clave son los que dirigen la capa exterior de la raíz para producir lignina y suberina. La suberina es la sustancia clave del corcho y rodea las células de la planta con una gruesa capa que retiene el agua durante la sequía.

Cultivos como el tomate y el arroz tienen suberina en las raíces. Los frutos de las manzanas tienen suberina alrededor de sus células exteriores. En cualquier lugar donde se encuentre, impide que la planta pierda agua. La lignina también impermeabiliza las células y proporciona soporte mecánico.

"La suberina y la lignina son formas naturales de protección contra la sequía, y ahora que se han identificado los genes que las codifican en esta capa muy específica de las células, estos compuestos pueden potenciarse", añade la coautora del estudio Julia Bailey-Serres, profesora de genética de la UC Riverside.

"Me entusiasma que hayamos aprendido tanto sobre los genes que regulan esta capa de barrera contra la humedad. Es muy importante para poder mejorar la tolerancia a la sequía de los cultivos", asegura.

Los genes que codifican el meristemo de la raíz de una planta también resultaron ser notablemente similares entre el tomate, el arroz y la Arabidopsis, una planta modelo parecida a las malas hierbas. El meristemo es la punta de crecimiento de cada raíz y es el origen de todas las células que la componen.

"Es la región que va a formar el resto de la raíz y sirve como nicho de células madre --explica Bailey-Serres--. Dicta las propiedades de las propias raíces, como su tamaño. Conocerla puede ayudarnos a desarrollar mejores sistemas radiculares".

Brady explica que cuando los agricultores están interesados en un cultivo concreto, seleccionan plantas que tienen características que pueden ver, como frutos más grandes y atractivos. Mucho más difícil es para los criadores seleccionar plantas con propiedades bajo tierra que no pueden ver.

"La 'mitad oculta' de una planta, bajo el suelo, es fundamental para que los obtentores la tengan en cuenta si quieren cultivar una planta con éxito --señala Brady--. Ser capaces de modificar el meristemo de las raíces de una planta nos ayudará a diseñar cultivos con propiedades más deseables".

Aunque este estudio sólo analizó tres plantas, el equipo cree que los hallazgos pueden aplicarse de forma más amplia. "El tomate y el arroz están separados por más de 125 millones de años de evolución, pero aún así vemos similitudes entre los genes que controlan las características clave --apunta Bailey-Serres--. Es probable que estas similitudes sean también válidas para otros cultivos".

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