Las plantas de arroz pueden soportar el calor durante el día, pero cuando se pone el sol, necesitan refrescarse.
por John Lovett, Universidad de Arkansas
El desarrollo de arroz con tolerancia a temperaturas nocturnas más altas se ha convertido en un objetivo para los mejoradores de arroz porque los estudios muestran que las noches son cada vez más cálidas en las mayores regiones productoras de arroz.
La mitad del arroz que se cultiva en Estados Unidos proviene de Arkansas, en su mayoría del Delta. En Arkansas se han plantado alrededor de 1,4 millones de acres de este cereal que sirve como alimento básico para más de la mitad de la población mundial, según el Servicio de Investigación Económica del USDA.
«Los cultivadores de arroz han intentado incorporar genes de tolerancia en el arroz de Arkansas, lo que no es una tarea fácil», dijo Vibha Srivastava, profesor de biotecnología vegetal en el departamento de cultivos, suelos y ciencias ambientales de la División de Agricultura del Sistema Universitario de Arkansas. «Apenas han comenzado a arañar la superficie en ese área, pero están haciendo buenos avances. Hay algunas actualizaciones prometedoras».
Sin embargo, Srivastava dijo que puede haber otra forma de avanzar: la edición genética, que es diferente de la modificación genética porque no inserta secuencias de ADN de otros organismos, explicó.
Srivastava explora el tema del mejoramiento del arroz y el potencial de la edición genética para tolerar el calor nocturno en Current Opinion in Plant Biology con un artículo titulado «Venga el calor: mejoramiento, genómica y edición genética para la tolerancia a altas temperaturas nocturnas en el arroz».
Los coautores del artículo fueron Christian De Guzman, profesor asistente de mejoramiento y genética del arroz, y Samual B. Fernandes, profesor asistente de estadística agrícola y genética cuantitativa, ambos investigadores de la Estación Experimental Agrícola de Arkansas, el brazo de investigación de la División de Agricultura del Sistema Universitario de Arkansas.
Se trata del primer artículo de revisión sobre alta tolerancia nocturna en arroz, hasta donde tienen conocimiento, reuniendo toda la literatura científica disponible sobre el tema en un solo lugar.
Srivastava dijo que también se ha publicado información sobre el tema en la Serie de Investigación sobre el Arroz BR Wells con estudios dirigidos por Paul Counce, profesor de fisiología del arroz en el Centro de Investigación y Extensión del Arroz, sobre la evaluación del arroz para detectar respuestas a altas temperaturas nocturnas, susceptibilidad o tolerancia.
¿Por qué la tolerancia al calor nocturno?
Cuando el arroz se encuentra en la etapa de floración y llenado de granos, es más sensible a las altas temperaturas nocturnas que a las diurnas. Las temperaturas óptimas para el cultivo del arroz varían a nivel mundial, pero los autores señalan que la mayoría de las variedades de arroz muestran sensibilidad a temperaturas nocturnas superiores a los 28 grados Celsius (82,4 grados Fahrenheit).
Las temperaturas más altas provocan pérdidas de rendimiento y una disminución de la calidad del grano que se expresa como «calcarea», una característica indeseable que afecta la calidad de la molienda, la calidad de la cocción y la palatabilidad.
Basándose en estudios recientes, los autores observaron que los resultados del alto estrés nocturno pueden provocar una pérdida de hasta el 90% en el rendimiento del grano y un aumento significativo de la caliza.
Srivastava dijo que los mecanismos genéticos de la alta susceptibilidad al estrés nocturno no están claros, pero saben que una tasa de respiración elevada durante las altas temperaturas nocturnas desvía la energía del crecimiento a la reparación e impacta en la formación de biomasa.
Desafíos futuros
Si bien no se conocen cultivares modernos criados en los Estados Unidos que puedan soportar la exposición a altas temperaturas nocturnas durante la etapa reproductiva, una variedad india llamada Nagina 22 ofrece una alta tolerancia a las temperaturas nocturnas. Sin embargo, cuando se cultivó en condiciones de campo en Arkansas, mostró algunos rasgos indeseables, como tamaño de grano pequeño, calcáreo y tallos altos susceptibles a caerse, lo que se conoce como encamado.
La Nagina 22 se ha utilizado en cruces con cultivares modernos para conseguir una alta tolerancia a la luz nocturna, pero no se han clonado los genes. Sin la identidad genética, la aplicación de la edición genética para mejorar los rasgos de los cultivares populares es imposible, dijo Srivastava. Mientras tanto, señala la edición genética como otra forma de mejorar los rasgos deseables en la Nagina 22, o en cruces con la Nagina 22.
Algunas líneas de mejoramiento avanzado en el Programa de Mejoramiento de Arroz de Arkansas podrían ser candidatas para la edición genética si muestran características mejoradas relacionadas con el rendimiento y la caliza del grano después de un alto estrés nocturno.
Sin embargo, una consideración crítica con Nagina 22 y sus líneas derivadas es mejorar la caliza de su grano naturalmente alto. La clonación y el análisis de Chalk5, una importante región calcárea del ADN del arroz, abre una vía para reducir la caliza mediante la edición genética , señaló.
«Nuestro objetivo es obtener más producción y un sabor más sabroso cuando se trata de arroz, pero la calidad del grano es importante», dijo Srivastava.
Noches más cálidas
Los estudios nacionales y regionales indican una tendencia al calentamiento nocturno en los Estados Unidos. Según la Quinta Evaluación Nacional del Clima que se publicará en 2023, «las temperaturas nocturnas y las temperaturas invernales han aumentado más rápidamente que las temperaturas diurnas y estivales».
Un estudio de 2021 con aportes de investigadores de la Universidad Estatal de Arkansas y la Unidad de Investigación de Gestión del Agua del Delta del Servicio de Investigación Agrícola del Departamento de Agricultura de EE. UU. en Jonesboro mostró un aumento de aproximadamente 1 grado Fahrenheit (0,53 Celsius) en la temperatura del aire nocturno estacional de Arkansas entre 1940 y 2018. El estudio se tituló «Cambio significativo en la temperatura ambiente nocturna del aire durante la temporada de cultivo del arroz en los principales estados arroceros de EE. UU.».
Más información: Vibha Srivastava et al., Combatir el calor: mejoramiento genético, genómica y edición genética para la tolerancia a altas temperaturas nocturnas en el arroz, Current Opinion in Plant Biology (2024). DOI: 10.1016/j.pbi.2024.102659
