Comparación de las diferencias fotosintéticas entre el arroz salvaje y el domesticado


Millones de personas en Asia dependen del arroz como fuente de alimento. Se cree que fue domesticado ya en el año 6000 a. C., el arroz es una fuente importante de calorías a nivel mundial. 


por Ananya Sen, Instituto de Biología Genómica de la Universidad de Illinois


En un nuevo estudio del proyecto RIPE, los investigadores compararon el arroz domesticado con sus contrapartes silvestres para comprender las diferencias en sus capacidades fotosintéticas. Los resultados pueden ayudar a mejorar la futura productividad del arroz.

Las especies de arroz silvestre Oryza rufipogon y Oryza nivara son típicamente parecidas a malas hierbas y son más altas que el arroz cultivado Oryza sativa. Si bien estas características son útiles en la naturaleza, ya que pueden hacer sombra a los competidores, son desfavorables en un entorno agrícola y pueden conducir a rendimientos más bajos. A través de la domesticación y el mejoramiento, se han seleccionado muchas variedades de arroz para que sean cortas con hojas erectas que tienen ángulos pronunciados, lo que permite una mejor distribución de la luz a través del dosel. A pesar de estas mejoras, la distribución es desigual y se ve afectada por cambios en el viento y la nubosidad.

«Anteriormente, los investigadores se enfocaban principalmente en la fotosíntesis en luz alta constante. Sin embargo, cuando estás en un campo, las plantas siempre están en condiciones dinámicas y las hojas rara vez están en luz constante debido a las nubes, las hojas superpuestas que se mueven con el viento y la sombra intermitente. causada por el movimiento del sol», dijo Liana Acevedo-Siaca, primera autora de este artículo, quien era estudiante de posgrado en el laboratorio Long cuando se realizó este trabajo. «Además, otros investigadores solo han analizado el arroz domesticado en el contexto de la inducción fotosintética. Queríamos compararlos con sus progenitores para ver qué ha cambiado con el tiempo».

Cuando los ambientes de luz cambian de sombra a sol y viceversa, se producen varios cambios fotosintéticos en las hojas. Durante el cambio de luz baja a alta, las hojas comienzan a absorber más dióxido de carbono para la fotosíntesis, un proceso llamado inducción fotosintética. En un campo, este proceso ocurre varias veces al día y dado que el ajuste de la fotosíntesis no es inmediato, disminuye el rendimiento fotosintético en el transcurso de un día y una temporada de crecimiento. Por el contrario, durante el cambio de luz alta a luz baja, los estomas (diminutas aberturas en las hojas a través de las cuales se mueven el dióxido de carbono, el vapor de agua y el oxígeno) pueden cerrarse demasiado lentamente, lo que provoca una pérdida innecesaria de agua .

Para comparar la absorción de dióxido de carbono y la pérdida de agua por los estomas entre el arroz silvestre y O. sativa, Acevedo-Siaca cultivó las plantas en un invernadero con paredes abiertas en el Instituto Internacional de Investigación del Arroz en Filipinas. Usando un analizador de gas infrarrojo, controló los niveles de luz para imitar algunas de las fluctuaciones de luz que se ven en las copas de los cultivos naturales y midió cuánto CO2 absorbía la hoja.

«Vimos que aunque la inducción fotosintética fue mucho más rápida en las especies de arroz silvestre, la especie domesticada fue mucho más rápida en cerrar sus estomas, lo que provocó una menor pérdida de agua», dijo Acevedo-Siaca. «Es posible que, dado que O. rufipogon y O. nivara crecen en ecosistemas más diversos, podría haber más competencia por la luz y, por lo tanto, más incentivos para responder rápidamente a los cambios ambientales».

«Descubrimos que había diferencias en la fotosíntesis en la luz fluctuante que no se reflejaban en las condiciones de luz intensa constante utilizadas en la mayoría de los estudios anteriores. Aunque el tamaño del estudio fue pequeño, esperamos que nuestros resultados sean indicativos de tendencias más amplias , dijo Acevedo Siaca. «La caracterización de la inducción fotosintética en diferentes niveles del dosel informará a los estudios futuros porque, en teoría, las hojas que están más aclimatadas a condiciones de poca luz responderán de manera diferente que aquellas en condiciones de mucha luz».

«Estábamos interesados ​​en saber si la domesticación del arroz mejoró inadvertidamente su eficiencia fotosintética. Alternativamente, si el proceso de mejoramiento fue perjudicial para características particulares, tal vez podamos volver al arroz salvaje e introducir esas características en el arroz domesticado», dijo Stephen Long ( BSD/CABBI/GEGC), la Cátedra de Ciencias de Cultivos y Biología Vegetal de la Universidad Ikenberry Endowed. «También estamos realizando un trabajo similar con otros cultivos como el caupí y la soja».

El estudio, «Dinámica de la inducción y relajación fotosintética dentro del dosel del arroz y dos parientes silvestres», se publicó en Food Energy and Security .


Más información: Liana G. Acevedo‐Siaca et al, Dinámica de la inducción y relajación fotosintética dentro del dosel del arroz y dos parientes silvestres, 

Food and Energy Security (2021). DOI: 10.1002/fes3.286



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