Al estudiar variedades de tomate que producen frutos durante temporadas de crecimiento excepcionalmente calurosas, los biólogos de la Universidad de Brown han identificado 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, para en última instancia Desarrollar defensas del tomate con nueva funcionalidad.
El descubrimiento, detallado en un estudio en Current Biology, podría proporcionar una estrategia clave para proteger el suministro de alimentos frente a la inestabilidad climática, dicen los investigadores. Los cultivos son particularmente vulnerables al cambio climático y se prevé que el aumento de las temperaturas reduzca los rendimientos entre un 2,5% y un 16% por cada grado Celsius adicional de calentamiento estacional.
Los científicos han aprendido algunas lecciones de la evolución para experimentar la mejor manera de acelerar el proceso de adaptación de las variedades de plantas de tomate, explicó el autor del estudio Sorel V. Yimga Woncup, becario postdoctoral en biología molecular, biología celular y bioquímica en la Universidad de Brown. Se necesitaría mucho tiempo para que la evolución elimine las variedades de tomate vulnerables como Heinz en favor de aquellas que pueden soportar el calor extremo, un proceso que también podría comprometer las cualidades que hacen que los cultivos vulnerables sean comercialmente atractivos.
“Estamos tratando de comprender la termorregulación a nivel molecular y celular y determinar qué y dónde necesitamos mejorar para poder enfocarnos en variedades de plantas comerciales y preservar todo sobre ellas excepto un 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 siguen cambiando”.
Comprender la termotolerancia, o la capacidad de las plantas para soportar temperaturas extremas, es una estrategia prometedora para abordar la adaptación climática, según el autor del estudio Mark Johnson, profesor de biología en la Universidad de Brown.
“Imagínese si pudiera simplemente hacer que un tomate Heinz fuera más resistente al estrés térmico sin afectar el perfil de sabor. Eso sería una gran ventaja”, dijo Johnson.
La fase reproductiva de las plantas ha sido un foco de investigación en el laboratorio de Johnson durante muchos años. Si bien hay investigaciones en la literatura científica sobre cómo el estrés por calor afecta el crecimiento de las plantas en general o el desarrollo de estructuras reproductivas clave, no ha habido ningún trabajo que analice específicamente lo que sucede después de que el polen llega al estigma durante la reproducción de las plantas, explica Johnson.
La tesis de Ouoncap se centró en la fase de crecimiento del tubo polínico del ciclo reproductivo de las plantas. Estudió diferentes variedades de tomate conocidas por su capacidad para producir frutos durante temporadas de crecimiento excepcionalmente calurosas. Las variedades de tomate del estudio eran nativas de Filipinas, Rusia y México, y todas fueron cultivadas en el Centro de Conservación de Plantas de Brown.
En colaboración con científicos de la Universidad de Arizona, Ouoncup estudió cómo el estrés por calor afecta la capacidad del polen para crecer en la flor de una 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 cuando se cultiva en una placa de Petri.
Los socios del equipo en Arizona descubrieron que la exposición a altas temperaturas sólo durante la fase de crecimiento del tubo polínico limita más la producción de frutos y semillas en las variedades de tomate sensibles al calor que en aquellas que son tolerantes al calor.
Es importante destacar que Ouoncup descubrió que los tubos polínicos de la variedad de tomate Tamaulipas, conocida por su tolerancia al calor, exhibían un mayor crecimiento a altas temperaturas. Su análisis molecular del tubo polínico de estos tomates permitió al equipo de investigación identificar los mecanismos implicados en la tolerancia al calor.
Según los investigadores, los tomates son un organismo ideal para este tipo de investigaciones. La capacidad de diferentes variedades para adaptarse a diferentes climas extremos da a los científicos una idea de cómo las especies difieren 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, Turquía y California, algunos de los cuales se encuentran entre los más vulnerables a las condiciones de calor extremo.
Ahora que se han identificado los mecanismos moleculares correctos, el siguiente paso es identificar técnicas específicas que permitan cultivar tomates en diferentes climas. En un escenario hipotético, los científicos podrían desarrollar una pequeña molécula que podría preparar el polen de las plantas para que puedan resistir 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 aplicó a las plantas un tratamiento que cambiaba la expresión genética para que el polen fuera resistente al calor”, dijo.
Aunque este tipo de producto fitosanitario todavía es sólo en teoría, los científicos dicen que esta área de investigación está lista para ser explorada.
Fuente: Universidad de Brown
