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Criar maíz para mejorar el uso del agua puede haberse vuelto más fácil


Con aproximadamente el 80 por ciento del suministro de agua de nuestro país hacia la agricultura, es justo decir que se necesita mucha agua para cultivar. En un clima con patrones de precipitación menos predecibles y sequías más intensas, los científicos de la Universidad de Illinois están trabajando para reducir el consumo de agua mediante el desarrollo de cultivos más eficientes.


Universidad de Illinois en Urbana-Champaign

«Hay un estudio realizado hace muchas décadas que muestra que la cantidad de agua transpirada y perdida en el aire en un acre de maíz es de 3 a 4 mil galones por día. A 90 millones de acres de maíz en los Estados Unidos, más la longitud del cultivo. temporada, eso es mucha y mucha agua. Por lo tanto, se deben hacer muchas mejoras «, dice Tony Studer, profesor asistente en el Departamento de Ciencias de la Cosecha en la U de I, y autor de un nuevo estudio en The Plant Journal. .

Un estudio previo del grupo de Studer sugiere que el maíz podría volverse un 10 a 20 por ciento más eficiente a través de mejoras en la reproducción, lo que significaría que las plantas estarían menos estresadas durante las sequías a corto plazo. Teóricamente, esto podría agregar protección para los agricultores, dados los patrones climáticos inciertos. Pero para hacer eso realidad, según Studer, el proceso de reproducción en sí mismo necesita ser más eficiente.

Al intentar mejorar un determinado rasgo, en este caso la eficiencia del uso del agua, los criadores cultivan un conjunto diverso de líneas de maíz y las analizan para encontrar variaciones naturales en el rasgo. Una vez que identifican individuos prometedores, los criadores intentan localizar genes clave que amplificarán el rasgo o integrarán el rasgo en líneas de maíz con cualidades adicionales deseables.

«Se necesita mucho tiempo, espacio y esfuerzo para producir un híbrido productivo», dice Studer.

La eficiencia en el uso del agua se mide típicamente con un instrumento que sujeta las hojas y controla el flujo de dióxido de carbono y vapor de agua que entra y sale de la hoja. Este proceso requiere mucho tiempo y es costoso a grandes escalas, ya que cada medición puede durar más de una hora.

«Si vas a estudiar el uso del agua en un entorno de reproducción o en un campo a escala, necesitas algo más rápido», dice Studer.

En su estudio actual, Studer y sus colegas desarrollaron un nuevo método para analizar cientos o incluso miles de plantas sin la necesidad de mediciones de campo que requieren mucho tiempo. El método, que analiza muestras de hojas en el laboratorio, aprovecha el hecho de que el carbono en el dióxido de carbono existe en dos formas en la atmósfera: una forma más abundante y más ligera, 12C; y una forma menos abundante y más pesada, 13C.

Una vez que el dióxido de carbono ingresa a las hojas de las plantas, el carbono se incorpora a los azúcares y tejidos de las plantas. Los científicos pueden medir cuánto se incorporó 13C en comparación con 12C. Para muchas plantas, la proporción de 12C a 13C es indicativa de su eficiencia en el uso del agua. Pero hasta ahora, los científicos no sabían si la proporción podría reflejar de manera confiable el estado del agua en el maíz. El estudio de Studer muestra que puede.

«Encontramos una variación significativa en la proporción de 12C a 13C en 36 líneas diferentes de maíz, y la firma de 12C a 13C es hereditaria en todos los entornos», dice. «La prueba de que un rasgo se hereda y se expresa en todos los entornos permite que un fitomejorador seleccione este rasgo y es esencial al desarrollar nuevas líneas».

El hallazgo, derivado de pruebas de invernadero controladas y tres temporadas de campo, proporciona el método eficiente que Studer estaba buscando. Y muestra que las líneas puras cuyas proporciones de carbono están dentro de un cierto rango pueden tener una mayor eficiencia en el uso del agua, aunque es demasiado pronto para decir cómo se desarrollará esto en los híbridos. En este momento, basta con que el rasgo parezca ser hereditario, solo eso será de gran ayuda para los criadores. Pero Studer tiene planes para los próximos pasos.

«En un estudio anterior, encontramos que hay margen para mejorar la eficiencia en el uso del agua del maíz . Aquí, estamos demostrando que el rasgo es medible y heredable, y realmente podemos usarlo para tratar de hacer mejoras», dice. «El siguiente paso es identificar los genes en estas regiones del genoma que podemos manipular. Hemos pasado de una idea básica al desarrollo de la ciencia detrás de estos rasgos al punto en el que realmente podemos hacer mejoras».

Más información: Robert J. Twohey et al, La composición de isótopos de carbono estables en las hojas refleja la eficiencia de transpiración en Zea mays, The Plant Journal (2018). DOI: 10.1111 / tpj.14135 

Referencia del diario: The Plant Journal  

Proporcionado por: Universidad de Illinois en Urbana-Champaign

Información de: phys.org


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