Al estudiar variedades de tomates que producen frutos en temporadas de crecimiento excepcionalmente calurosas, los biólogos de la Universidad de Brown identificaron la fase del ciclo de crecimiento en la que los tomates son más vulnerables al calor extremo, así como los mecanismos moleculares que hacen que las plantas sean más tolerantes al calor.
El descubrimiento, detallado en un estudio en Current Biology , podría informar una estrategia clave para proteger el suministro de alimentos frente a la inestabilidad climática, dijeron los investigadores. La productividad agrícola es particularmente vulnerable al cambio climático , señaló el estudio, y se prevé que el aumento de las temperaturas reduzca el rendimiento de los cultivos entre un 2,5% y un 16% por cada grado Celsius adicional de calentamiento estacional.
Los científicos tomaron algunas lecciones de la evolución para experimentar con la mejor manera de acelerar el proceso de adaptación de las variedades de plantas de tomate, explicó el autor del estudio Sorel V. Yimga Ouonkap, investigador asociado en biología molecular , biología celular y bioquímica en Brown. Se necesitaría mucho tiempo para que la evolución eliminara las variedades de tomate vulnerables como Heinz en favor de aquellas que pueden soportar el calor extremo, un proceso que también podría poner en peligro las cualidades que hacen que los cultivos vulnerables sean comercialmente deseables.
«Estamos tratando de entender la termorregulación a nivel molecular y celular , e identificar qué y dónde necesitamos mejorar para poder enfocarnos en aquellas plantas comerciales y conservar todo en ellas, excepto este aspecto que las hace vulnerables al calor extremo», dijo Ouonkap. «Con el tiempo, se pueden empezar a acumular diferentes mecanismos de resistencia a medida que las condiciones de crecimiento continúan cambiando».
Comprender la termotolerancia, o la capacidad de una planta para soportar temperaturas extremas, es una estrategia prometedora para abordar la adaptación climática, afirmó el autor del estudio, Mark Johnson, profesor de biología en Brown.
«Imagínese si pudiera hacer que un tomate Heinz fuera más resistente al estrés térmico sin afectar el perfil de sabor o la forma en que la gente lo percibe», dijo Johnson. «Eso sería una gran ventaja».
Reproducción vegetal: un área propicia para la investigación
La fase de reproducción de las plantas ha sido el foco de investigación en el laboratorio de Johnson durante muchos años. Si bien la literatura científica incluye estudios sobre cómo el estrés térmico afecta el crecimiento de las plantas en general, o el desarrollo de estructuras reproductivas clave, no había trabajos que examinaran específicamente lo que sucede después de que el polen se posa sobre el estigma durante la reproducción de la planta, dijo Johnson.
Para el proyecto de tesis de Ouonkap, se centró en la fase de crecimiento del tubo polínico del ciclo reproductivo de la planta. Estudió diferentes cultivares de plantas de tomate conocidas por su capacidad de producir frutos en temporadas de crecimiento excepcionalmente cálidas. Las variedades de tomate del estudio eran nativas de Filipinas, Rusia y México y todas se cultivaban en el Centro de Medio Ambiente Vegetal de Brown.
En colaboración con científicos de la Universidad de Arizona, Ouonkap estudió cómo el estrés térmico afecta la capacidad del polen para crecer en la flor de la planta de tomate. Se centró en cómo cambia la expresión genética cuando el polen de tomate producido por plantas que crecen en condiciones óptimas de invernadero se expone a altas temperaturas mientras crece en una placa de Petri.
Los socios del equipo en Arizona descubrieron que la exposición a altas temperaturas únicamente durante la fase de crecimiento del tubo polínico limita la producción de frutos y semillas de manera más significativa en las variedades de tomate sensibles al calor que en las tolerantes al calor. Es importante destacar que Ouonkap descubrió que los tubos polínicos de la variedad de tomate Tamaulipas, conocida por su tolerancia al calor, han mejorado el crecimiento a altas temperaturas. Su análisis molecular del tubo polínico de estos tomates permitió al equipo de investigación identificar los mecanismos asociados con la termotolerancia.
Los tomates son un organismo ideal para este tipo de investigación, afirmaron los investigadores. La capacidad de las distintas variedades para adaptarse a una variedad de climas extremos ofrece a los científicos información sobre cómo varían las especies en sus respuestas a las condiciones ambientales. Los tomates también son un cultivo comercial importante en países de todo el mundo, desde el Mediterráneo hasta Egipto, pasando por Turquía y California, algunos de los cuales se encuentran entre los más vulnerables a las condiciones de calor extremo.
Una vez identificados los mecanismos moleculares adecuados , el siguiente paso sería determinar técnicas específicas para permitir el crecimiento del tomate en diferentes climas. En un escenario hipotético, los científicos podrían desarrollar una pequeña molécula que pudiera preparar el polen de las plantas para soportar una ola de calor, explicó Johnson.
«Cuando el pronóstico del tiempo mostraba dos semanas de altas temperaturas durante la fase de crecimiento del tubo polínico, el agricultor aplicaba un producto a las plantas que cambiaba la expresión genética para que el polen fuera resistente al calor», dijo.
Si bien ese tipo de manipulación aún está muy lejos en el futuro, los investigadores dijeron que esta área de investigación está madura para ser explorada.
Más información: Sorel V. Yimga Ouonkap et al., El rendimiento mejorado del tubo polínico a altas temperaturas contribuye a la producción de frutos y semillas termotolerantes en tomates, Current Biology (2024). DOI: 10.1016/j.cub.2024.10.025
