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Aumenta el rendimiento de la soja adaptando la fotosíntesis a sombras fugaces, según el modelo


Komorebi es una palabra japonesa que describe cómo la luz se filtra a través de las hojas, creando «manchas solares» cambiantes y moteadas que ilustran el entorno de luz siempre cambiante de las plantas.


por el Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign


Los cultivos aprovechan la energía de la luz para fijar el dióxido de carbono en los alimentos a través de la fotosíntesis. En un número especial de Plant Journal , un equipo de la Universidad de Illinois informa sobre un nuevo modelo matemático de computadora que se utiliza para comprender cuánto rendimiento se pierde a medida que los cultivos de soya lidian con las fluctuaciones de luz minuto a minuto en días nublados y soleados.

«La soja es el cuarto cultivo más importante en términos de producción general, pero es la principal fuente de proteína vegetal a nivel mundial», dijo Yu Wang, un investigador postdoctoral en Illinois, que dirigió este trabajo para lograr una mayor eficiencia fotosintética (RIPE). «Descubrimos que las plantas de soya pueden perder hasta un 13 por ciento de su productividad porque no pueden ajustarse lo suficientemente rápido a los cambios en la intensidad de la luz que son estándar en cualquier campo de cultivo. Puede que no parezca mucho, pero en términos del rendimiento global «Esto es masivo».

RIPE es un proyecto de investigación internacional que tiene como objetivo mejorar la fotosíntesis para equipar a los agricultores de todo el mundo con cultivos de mayor rendimiento necesarios para garantizar que todos tengan suficientes alimentos para llevar una vida saludable y productiva. RIPE está patrocinado por la Fundación Bill y Melinda Gates, la Fundación de los Estados Unidos para la Investigación de Alimentos y Agricultura (FFAR) y el Departamento de Desarrollo Internacional del Gobierno del Reino Unido (DFID).

Los modelos anteriores solo han examinado los cambios hora por hora en la intensidad de la luz. Para este estudio, el equipo creó un modelo dinámico de trazado de rayos computacional que fue capaz de predecir los niveles de luz al milímetro a través de cada hoja por cada minuto del día en un cultivo de soja en flor. El modelo también tiene en cuenta dos factores críticos: fotoprotección y activación de Rubisco.

La fotoprotección protege a las plantas del daño solar. Activado por altos niveles de luz, este proceso disipa el exceso de energía de la luz de forma segura como calor. Pero, cuando los niveles de luz caen, la fotoprotección puede tardar minutos o horas en relajarse o detenerse, lo que le cuesta al rendimiento potencial de la planta. El equipo evaluó 41 variedades de soja para descubrir la tasa más rápida, lenta y promedio desde la inducción hasta la relajación de la fotoprotección. Menos de 30 minutos se considera «a corto plazo», y cualquier cosa más larga es fotoprotección a «largo plazo».

Usando este nuevo modelo, el equipo simuló un día soleado y nublado en Champaign, Illinois. En el día soleado, la fotoprotección a largo plazo fue la limitación más significativa de la fotosíntesis. En el día nublado, la fotosíntesis fue la más limitada por la fotoprotección a corto plazo y la activación de Rubisco, que es una enzima auxiliar, activada por la luz, que activa Rubisco para fijar el carbono en azúcar.

El proyecto RIPE ya ha comenzado a abordar las limitaciones de fotoprotección en la soja y otros cultivos , incluidos la yuca, el caupí y el arroz. En 2016, el equipo publicó un estudio en Science donde aumentaron los niveles de tres proteínas involucradas en la fotoprotección para aumentar la productividad de un cultivo modelo en un 14-20 por ciento. Además, el equipo RIPE del Centro de Medio Ambiente de Lancaster en la Universidad de Lancaster está buscando mejores formas de activasa de Rubisco en la soja y el caupí. El proyecto RIPE y sus patrocinadores se comprometen a garantizar el acceso global y hacer que estas tecnologías estén disponibles para los agricultores que más las necesitan.

«Modelos como estos son críticos para descubrir barreras y soluciones para alcanzar todo el potencial de este cultivo», dijo el director de RIPE Stephen Long, presidente de la Universidad de Ikenberry Endowed, Plant Biology and Crop Sciences en el Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica de Illinois. «Ya hemos comenzado a abordar estos cuellos de botella y hemos visto ganancias significativas, pero este estudio nos muestra que todavía hay margen de mejora».


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