Los investigadores de la Universidad de Massachusetts Amherst han descubierto que la adaptación anatómica que ayuda a las variedades de arroz maleza a proliferar no se limita, como se creía anteriormente, sólo a estas variedades plaga.
por la Universidad de Massachusetts Amherst
La investigación, publicada recientemente en el Journal of Experimental Botany , muestra que a pesar de 10.000 años de cultivo humano, un tejido celular que permite a las plantas de arroz dejar caer fácilmente sus semillas sigue siendo una característica en casi todas las variedades cultivadas del cereal, aunque en menor grado y con mucha más variación.
La continua proliferación del arroz maleza, un tipo de arroz que es una plaga en los campos cultivados, sugiere que la forma en que cultivamos el arroz inadvertidamente también selecciona el comportamiento de maleza; esto se evidencia particularmente por el hecho de que el arroz cultivado se desdomestica continuamente en variedades maleza.
«Durante las últimas décadas, los biólogos nos hemos estado contando una historia sobre cómo se produjo la domesticación del arroz», afirma Ana Caicedo, profesora de biología en la Universidad de Massachusetts en Amherst y autora principal del artículo. «Pero cuando empezamos a observar muy de cerca una amplia gama de variedades de arroz diferentes, resulta que esa vieja historia es demasiado simplista y oculta lo que realmente está sucediendo».
La historia comienza mucho antes de que los humanos aparecieran en escena, cuando el ancestro salvaje del arroz cultivado desarrolló la capacidad de «romper» o dejar caer y dispersar fácilmente sus semillas en lugar de quedarse con ellas.
«Desgranar», o dejar caer fácilmente las semillas, es una estrategia reproductiva evolutivamente elegante, que permite a una planta propagarse amplia y rápidamente, y es posible gracias a la formación de la «zona de abscisión»: un tipo especial de tejido ubicado en la base de cada grano de arroz (la parte que comemos) que conecta el grano con la planta.
Entran los humanos.
Si bien el desgrane es beneficioso para las plantas silvestres, es un inconveniente para la cosecha de cereales, porque la mayoría de las semillas se perderían antes de que un ser humano hambriento pudiera recogerlas. Durante muchos milenios, los seres humanos han seleccionado diferentes variedades de arroz cultivado, cada una de las cuales tiene su propia historia de domesticación, que retienen sus granos con más fuerza que sus progenitores silvestres, y durante mucho tiempo se ha pensado que la zona de abscisión, y por lo tanto el desgrane, se habían eliminado del arroz cultivado.
Sin embargo, el arroz cultivado también ha evolucionado hacia variedades de arroz maleza que se desmenuzan y tienen tanto éxito que son uno de los principales factores que limitan la producción de arroz cultivado en todo el mundo. De hecho, el arroz maleza en realidad está formado por muchos grupos diferentes que se desdomesticaron o evolucionaron de forma independiente a partir de varias variedades cultivadas.
«La zona de abscisión ha sido reconocida desde hace mucho tiempo como un factor crítico que influye en el desgrane del arroz, pero no ha sido examinada en profundidad», dice Xiang Li, coautor principal del artículo, que completó esta investigación como parte de sus estudios de posgrado en UMass Amherst.
«Necesitábamos estudiar más individuos del arroz para descubrir el patrón de este tejido especializado en diferentes variedades de arroz. Esta investigación anatómica mejorará nuestra comprensión de la evolución del arroz y sentará las bases para un mayor estudio de la genética subyacente».
Li, Caicedo y su equipo, incluido el coautor principal Daniel Lowey, que era estudiante de grado en UMass Amherst cuando ayudó a impulsar esta investigación, recopilaron imágenes de microscopía de 86 muestras de los cinco principales grupos de arroz cultivado, así como de arroz maleza desdomesticado de múltiples ubicaciones, incluida la Península Ibérica, el sur de Asia, el noreste de Asia y los EE. UU.
Lo que descubrieron es que, si bien un grupo de arroz cultivado, el japónica templado, ha perdido casi por completo su zona de abscisión, la mayoría de los demás grupos cultivados han mantenido la suya en un grado u otro. Pero había diferencias entre estas zonas de abscisión.
«Visualmente, pudimos ver diferencias claras entre las zonas de abscisión del arroz que examinamos, pero no podíamos confiar únicamente en la percepción», explica Lowey. «Para poner números a nuestras observaciones, desarrollamos un conjunto de tres nuevas medidas para cuantificar numéricamente aspectos de las zonas de abscisión que más nos interesaban».
El equipo descubrió además que la longitud relativa de la zona de abscisión (no la simple presencia o ausencia de tejido) era la variable que mejor predecía qué variedades se desgranaban con facilidad y cuáles eran más resistentes. Si bien los grupos cultivados tenían zonas de abscisión que variaban ampliamente en términos de su longitud, lo que condujo a algunas diferencias en el grado en que habían perdido la capacidad de desgranarse, cada una de las variedades de maleza, sin importar de dónde se recolectaran, convergía en una zona más larga.
«Lo que esto nos dice», dice Caicedo, «es que cada vez que el arroz maleza evoluciona, ‘elige’ una zona de abscisión larga como la mejor adaptación reproductiva evolutiva». Por el contrario, cada vez que se domesticaron variedades de arroz, sus zonas de abscisión se modificaron de manera diferente para dar como resultado distintos grados de pérdida de desgrane.
El hecho de que tantos grupos de arroz maleza diferentes que evolucionaron independientemente hayan convergido en la misma adaptación (una zona de abscisión larga y facilidad de desmenuzamiento) a pesar de 10.000 años de esfuerzos humanos para mantener el arroz en una forma domesticada que no se desmenuce, significa que hay algo en la forma en que los humanos manejan los campos de arroz cultivados que selecciona inadvertidamente estas dos características. También sugiere que la única manera de lograr un alto grado de desmenuzamiento es a través de una zona de abscisión larga.
Esto también significa que es necesario actualizar nuestra comprensión de la larga historia de los seres humanos y el arroz. En particular, los científicos creían anteriormente que el arroz cultivado había perdido su zona de abscisión y que el grado de rugosidad en la base de un grano de arroz podía indicar si había existido una zona de abscisión y, por lo tanto, si ese grano de arroz se había roto o no.
Sin embargo, Caicedo dice que «no se puede simplemente mirar la superficie de un grano de arroz, ya sea uno actual o una muestra arqueológica de miles de años de antigüedad, y decir si fue cultivado o si se rompió, porque casi todos tienen algún grado de formación de zona de abscisión».
Li añade: «Un aspecto interesante de nuestra investigación es que sienta las bases para el estudio de la genética subyacente. Ahora sabemos que necesitamos descubrir los genes que controlan la longitud de las zonas de abscisión en diferentes grupos de arroz. Entonces podremos entender cuándo y cómo surgieron todos estos cambios en la zona de abscisión, y cómo han dado forma a la historia de la domesticación y desdomesticación del arroz».
Más información: Xiang Li et al., La histología comparativa de las zonas de abscisión revela el grado de convergencia y divergencia en la fragmentación de las semillas en arroz cultivado y maleza, Journal of Experimental Botany (2024). DOI: 10.1093/jxb/erae221
