Una nueva herramienta permite a los científicos estudiar los procesos metabólicos en las hojas, tallos y raíces de la clementina, uno de los cultivos cítricos más importantes. Ayudará a aumentar la producción, mejorar el sabor y realzar el valor nutricional de los cítricos, incluso en condiciones de cultivo cada vez más difíciles y con un aumento de plagas.
Para desarrollar la herramienta, un equipo dirigido por científicos de la Universidad de California en San Diego, se centró en la clementina ( Citrus clementina ), que es un híbrido de una mandarina y una naranja dulce.
Se espera que este trabajo se extienda más allá de las clementinas y proporcione información práctica para mejorar el rendimiento y la calidad en una amplia gama de cítricos y otros cultivos.
La estrategia es identificar y utilizar nuevos conocimientos sobre cómo las plantas responden a factores ambientales como la temperatura, la sequía y las enfermedades, teniendo en cuenta la actividad metabólica en partes individuales de la planta o el árbol.
La herramienta y un modelo completo del genoma de Citrus clementina fueron publicados en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
El equipo está dirigido por investigadores de la Universidad de California en San Diego, en colaboración con colegas de la Universidad de California en Riverside y la Universidad Autónoma de Yucatán.
«Juntos, hemos creado una herramienta que abrirá nuevas posibilidades para un mejor diseño de cultivos y una agricultura sostenible tanto para Citrus clementina como para una amplia gama de plantas cítricas y no cítricas», dijo el profesor Karsten Zengler de la UC San Diego, autor correspondiente del artículo.
En la universidad, Zengler trabaja en los departamentos de bioingeniería, pediatría, el Centro de Innovación en Microbiomas y el programa de Ciencia e Ingeniería de Materiales.
“Nuestro enfoque de modelado basado en datos es una herramienta poderosa para el cultivo y la reproducción de cítricos, así como para aumentar el rendimiento y la calidad de los cultivos para satisfacer la creciente demanda mundial de productos de alta calidad”, afirmó Zengler.
La herramienta genómica de alta resolución se creó como una plataforma tecnológica expandible para apoyar la investigación y las mejoras en una amplia gama de cítricos y otros cultivos. Se obtienen conocimientos prácticos a partir de nuevos y exhaustivos estudios mecanísticos del metabolismo vegetal en hojas, tallos, raíces y otros tejidos de cultivos clave.
Por ejemplo, un modelo detallado del metabolismo de la clementina incluye 2616 genes, 8653 metabolitos y 10654 reacciones.
Creamos siete funciones objetivo de biomasa basadas en la metabolómica específica de cada órgano: hojas, tallos, raíces y semillas, y luego validamos experimentalmente el rendimiento del modelo, una tarea nada fácil para una planta con una vida media de unos 50 años. Este modelo es uno de los modelos genómicos más grandes jamás creados para cualquier organismo, incluidos los humanos», afirma el científico.
El modelo, denominado iCitrus2616, simula el metabolismo de Citrus clementina con gran precisión y permite el análisis de escenarios de importancia económica.
Por ejemplo, los investigadores están demostrando cómo ciertos nutrientes pueden impulsar la producción de almidón y diferentes tipos de celulosa, lo que a su vez puede aumentar la resistencia y la rigidez de las paredes celulares de las plantas de cítricos. Esto es importante para aumentar su resistencia al estrés mecánico y la sequía.
Los investigadores también utilizaron la nueva herramienta para demostrar formas de aumentar los niveles de compuestos relacionados con el sabor, como los flavonoides, en Citrus clementina .
El equipo combinó modelos específicos de órganos (hojas, tallos y raíces) en un único modelo de la planta completa. Con este modelo integrado, los científicos demostraron cómo se distribuyen los flavonoides y las hormonas en toda la planta.
Además, los investigadores limitaron el modelo del metabolismo de la clementina a los datos de expresión genética en tejidos de hojas y raíces sintomáticos y asintomáticos durante cuatro temporadas durante el enverdecimiento de los cítricos, una infección bacteriana que causa millones de dólares en pérdidas agrícolas cada año.
Este proyecto identificó adaptaciones metabólicas específicas de cada tejido, incluidos cambios en la distribución de energía, la producción de metabolitos secundarios y las vías de respuesta al estrés biótico, y proporcionó información sobre el mecanismo de progresión de la enfermedad.
Los investigadores destacan que este trabajo supone un paso importante en el campo del modelado de organismos superiores, especialmente plantas.
«Creo que estos modelos serán de gran ayuda en el futuro próximo para el mejoramiento de cultivos. Con ellos, buscamos que los procesos críticos de mejoramiento sean más fiables y rápidos. Ya en las etapas preliminares de investigación, estamos observando un impacto positivo de estos modelos en las estrategias basadas en datos para optimizar el crecimiento de las plantas», afirmó Zengler.
Fuente: Universidad de California – San Diego.
