Aumentar el rendimiento de los cultivos mediante la reproducción de plantas para cooperar


Un simple experimento de mejoramiento, combinado con un análisis genético, puede descubrir rápidamente genes que promuevan la cooperación y mayores rendimientos de las poblaciones de plantas……..

por la Biblioteca Pública de Ciencias


Un simple experimento de mejoramiento, combinado con un análisis genético, puede descubrir rápidamente genes que promuevan la cooperación y mayores rendimientos de las poblaciones de plantas, según un nuevo estudio publicado el 29 de noviembre en la revista de acceso abierto PLOS Biology , por Samuel Wuest de la Universidad de Zúrich y Agroscope. , Suiza y colegas. Los resultados tienen el potencial de aumentar rápidamente la productividad de los cultivos a través de métodos de mejoramiento convencionales.

En la teoría evolutiva clásica, los individuos compiten y aquellos con los genes más ventajosos desde el punto de vista competitivo crean más descendientes que portan los mismos genes ganadores. Esto plantea un desafío para los fitomejoradores , que a menudo se enfrentan a la selección de plantas que cooperan, en lugar de competir. En un monocultivo denso de maíz o trigo, el rendimiento general puede mejorar si los individuos evitan crecer demasiado o extender sus hojas demasiado (la «Revolución Verde» de mediados del siglo XX dependió en gran medida de la introducción de alelos enanizantes en los principales granos de cereal).

Descubrir los alelos (versiones de genes que difieren entre individuos) que pueden promover la cooperación es un desafío, pero los autores diseñaron un sistema para revelarlos. De acuerdo con la teoría de juegos , los autores razonaron que el genotipo más cooperativo se desempeñará mejor con vecinos igualmente cooperativos, pero lo hará mal cuando se enfrente a vecinos egoístas y altamente competitivos.

Utilizaron la planta modelo Arabidopsis para comparar el rendimiento de una planta dada cuando se cultiva con otro individuo genéticamente similar (modelando un monocultivo) con su rendimiento cuando se cultiva con un conjunto de genotipos «de prueba», que varían en sus estrategias de crecimiento. Al determinar tanto el vigor general de cada planta (medido por la biomasa aérea) como la diferencia entre su crecimiento en las dos situaciones, pudieron ver qué plantas maximizaban tanto la capacidad de crecer rápidamente como la capacidad de cooperar con individuos genéticamente similares. para que sus vecinos también crecieran bien.

Aumentar el rendimiento de los cultivos mediante la reproducción de plantas para cooperar.
Plantas de Arabidopsis cultivadas en diferentes entornos sociales, es decir, en macetas que contienen diferentes genotipos vecinos. Crédito: Samuel Wuest (CC-BY 4.0, creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

Con esos datos en la mano, utilizaron datos de polimorfismo de todo el genoma publicados para encontrar los genes asociados con el rasgo cooperativo. Descubrieron que estaba más fuertemente asociado con un pequeño grupo de polimorfismos vinculados y, en particular, con un alelo menor en un gen. Cuando las plantas que portaban ese alelo menor se cultivaron muy cerca , colectivamente produjeron un 15 % más de biomasa cuando se cultivaron a alta densidad que las plantas que portan el alelo principal en el mismo lugar. El efecto cooperativo estuvo acompañado por una menor competencia de raíces: las plantas adyacentes pueden haber gastado menos energía invadiendo las zonas de raíces de sus vecinas en busca de nutrientes.

La misma estrategia comparativa podría usarse para descubrir alelos cooperativos para cualquier característica medible, dijo Wuest. «Tal variación, una vez identificada en un cultivo, podría aprovecharse rápidamente en los programas de mejoramiento modernos y proporcionar rutas eficientes para aumentar los rendimientos».

Aumentar el rendimiento de los cultivos mediante la reproducción de plantas para cooperar.
Los investigadores utilizan invernaderos para descubrir genes cooperadores y aumentar los rendimientos de los grupos de plantas. Crédito: Samuel Wuest (CC-BY 4.0, creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

Wuest agrega: «Las ideas que inspiraron este trabajo no son nuevas; de hecho, muchas se formularon hace décadas. Y, sin embargo, la idea de que nosotros, los humanos, una de las especies más cooperativas, podemos beneficiarnos al hacer que nuestros cultivos también sean más cooperativos, todavía nos intriga hoy».

Más información: Aumento de la productividad del grupo de plantas a través de la variación genética latente para la cooperación, PLoS Biology (2022). DOI: 10.1371/journal.pbio.3001842



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