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Cómo aumentar la biomasa de las plantas: los biólogos descubren un vínculo molecular entre la disponibilidad de nutrientes y el crecimiento


Los científicos de las plantas saben desde hace tiempo que el rendimiento de los cultivos es proporcional a la dosis de fertilizante nitrogenado, pero el mayor uso de fertilizantes es costoso y perjudicial para el medio ambiente.


por la Universidad de Nueva York


Hasta ahora, se desconocían los mecanismos subyacentes por los cuales las plantas ajustan su crecimiento de acuerdo con la dosis de nitrógeno, un hallazgo clave que podría ayudar a mejorar el crecimiento de las plantas y limitar el uso de fertilizantes.

En un nuevo estudio publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ), los científicos genómicos de plantas del Centro de Genómica y Biología de Sistemas de la Universidad de Nueva York descubrieron la pieza que faltaba en el vínculo molecular entre la percepción de una planta de la dosis de nitrógeno en su entorno. y los cambios sensibles a la dosis en su biomasa.

Tomando un enfoque novedoso, los investigadores de la NYU examinaron cómo las dosis crecientes de nitrógeno crearon cambios en la expresión de todo el genoma de las plantas en función del tiempo. Luego utilizaron modelos matemáticos para investigar la tasa de cambio del ARN mensajero (ARNm) para miles de genes dentro del genoma a esta configuración experimental.

Los investigadores descubrieron que la dinámica de las respuestas de ARNm a la dosis de nitrógeno se regía por principios simples de cinética enzimática, las tasas de reacciones catalizadas por enzimas, descritas por primera vez por Michaelis-Menten en 1913. De hecho, los autores descubrieron que la cinética de Michaelis-Menten podía exactamente modelar la tasa de cambio en la expresión génica en el 30 por ciento de los genes sensibles a la dosis de nitrógeno.

«Según el modelo cinético clásico de Michaelis-Menten, el cambio de la abundancia de enzimas afectará la velocidad máxima de reacción posible. Debido a que los factores de transcripción establecen las velocidades a las que tiene lugar la transcripción génica del ADN al ARN, se pueden comparar directamente con las enzimas catalíticas en el modelo de Michaelis-Menten. Esto significa que aumentar la abundancia de factores clave de transcripción debería ser capaz de aumentar la tasa de expresión génica dependiente de la dosis de nitrógeno y, como consecuencia, la tasa de crecimiento de las plantas «, dijo Gloria Coruzzi, Carroll & Milton Petrie Profesor en el Departamento de Biología de la NYU y Centro de Genómica y Biología de Sistemas, y autor principal del artículo.

El equipo de investigación descubrió que aumentar el nivel del factor de transcripción TGA1 aceleró las tasas de expresión génica sensible a la dosis de nitrógeno y la tasa de crecimiento de las plantas . Las plantas que sobreexpresaron TGA1 habían aumentado las tasas de crecimiento en respuesta al nitrógeno, alcanzando una biomasa vegetal tres veces mayor que las plantas de tipo silvestre.

«Al modelar la cinética del transcriptoma subyacente a la detección de dosis de nitrógeno utilizando un principio clásico de la cinética de Michaelis-Menten, descubrimos un gen regulador cuya expresión aumentada puede impulsar el crecimiento del cultivo en suelos con bajo contenido de nitrógeno», dijo Coruzzi. «Debido a que el TGA1 se conserva en las plantas, incluidos los cultivos como el arroz, el tomate y el trigo, nuestros hallazgos tienen implicaciones para mejorar la eficiencia del uso de nitrógeno en los cultivos, lo que puede beneficiar la agricultura y la sostenibilidad».


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