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Bajo el capó: cómo interactúan el medio ambiente y los genomas en el desarrollo de las plantas



Los científicos de la Universidad Estatal de Iowa han aprovechado el análisis de datos para mirar «bajo el capó» de los mecanismos que determinan cómo interactúan la genética y las condiciones ambientales cambiantes durante las etapas cruciales de desarrollo de las plantas.


por la Universidad Estatal de Iowa


Un nuevo estudio publicado en la revista científica académica New Phytologist se centra en cómo los cambios de temperatura afectan la altura de las plantas de sorgo , y los científicos que realizaron los experimentos dijeron que la investigación podría ayudar a generar cultivos más resistentes y arrojar luz sobre los mecanismos que juegan un papel crítico en el crecimiento de las plantas . La investigación gira en torno al concepto de plasticidad fenotípica, o cómo un rasgo determinado puede diferir como resultado de las condiciones ambientales . Por ejemplo, una planta puede crecer a una altura diferente en un ambiente seco que una planta con la misma genética que crece en un ambiente húmedo.

Comprender la plasticidad puede ayudar a los fitomejoradores a diseñar variedades de cultivos que se desempeñen bien en una variedad de condiciones ambientales, dijo Jianming Yu, profesor de agronomía y Presidente Distinguido de Pioneer en Mejoramiento de Maíz en la Universidad Estatal de Iowa y autor correspondiente del estudio. Pero mirar solo los rasgos maduros finales de las plantas pinta una imagen incompleta de la plasticidad. En cambio, el nuevo estudio examina la tasa de crecimiento del sorgo durante una etapa crítica de desarrollo, entre 40 y 53 días después de la siembra. Centrarse en esa fase de rápido crecimiento en el ciclo de vida de la planta permitió a los investigadores examinar los mecanismos que gobiernan la plasticidad fenotípica del sorgo con mayor detalle.

«Observar la fase de desarrollo nos permite mirar debajo del capó para ver qué causa los rasgos maduros finales», dijo Yu.

Los investigadores recopilaron datos sobre el sorgo, un cultivo de cereal cultivado a nivel mundial, cultivado en Iowa, Kansas y Puerto Rico durante varios años. Se tomaron medidas de la altura de las plantas en varios puntos durante la temporada de crecimiento , creando un gran conjunto de datos en el que los investigadores aplicaron análisis de regresión estadística para comprender mejor la relación entre la altura y el cambio de temperatura diurno, o la diferencia de temperatura entre los mínimos nocturnos y los máximos diurnos.

Descubrieron que los aumentos en el cambio de temperatura diurna tendían a producir plantas más cortas. La tendencia fue particularmente clara durante esa fase crítica de desarrollo alrededor de 40 a 53 días después de la siembra.

«Descubrimos que estos genes en realidad interactúan con los estímulos ambientales y controlan la tasa máxima de crecimiento, así como el tiempo para alcanzar la tasa máxima de crecimiento», dijo Qi Mu, investigador asociado postdoctoral en agronomía y primer autor del estudio. «Y eso finalmente determina la altura final de la planta».

Plasticidad y cambio climático

El cambio climático aumenta la urgencia de comprender la plasticidad fenotípica, dijo Yu. A medida que el cambio climático provoca cambios más volátiles en el clima, los agricultores y fitomejoradores necesitarán mejores herramientas para predecir cómo se desempeñarán las variedades de cultivos en diferentes condiciones ambientales. Por ejemplo, Yu dijo que el cambio climático podría causar que las temperaturas nocturnas aumenten en algunos lugares, lo que tendría ramificaciones significativas para los cultivos, como se ilustra en el estudio.

La investigación sobre la plasticidad fenotípica permitirá a los fitomejoradores desarrollar herramientas más precisas para predecir cómo se desempeñarán los cultivos en una variedad de condiciones ambientales, dijo Mu.

«Con el cambio climático , los cultivos deben adaptarse a diferentes climas y entornos», dijo Mu. «Para producir cultivos que sean más adaptables, debemos comprender el mecanismo de cómo responden a los entornos. Con ese conocimiento, podemos diseñar cultivos resistentes que prosperen en entornos futuros».

Los resultados del estudio surgieron después de analizar 3.500 registros de fenotipo recopilados en cuatro años y luego validados con 13.500 registros de fenotipo en otros cuatro años, dijo Xianran Li, ex profesor asociado adjunto de agronomía en el estado de Iowa y coautor correspondiente del estudio.

«También se analizaron miles de puntos de datos climáticos y de huellas dactilares genéticas», dijo Li, ahora científico investigador del Servicio de Investigación Agrícola del Departamento de Agricultura de EE. UU.

Los fondos para la investigación provinieron del Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura del USDA, el Centro de Fitomejoramiento ISU Raymond F. Baker y el Instituto de Ciencias Vegetales de ISU. El equipo de investigación también incluyó a Tingting Guo, científico investigador en agronomía y miembro del laboratorio de Yu.




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