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El descubrimiento aumenta la probabilidad de cultivar alimentos a pesar de la sequía

El descubrimiento aumenta la probabilidad de cultivar alimentos a pesar de la sequía
Tomates cultivados en Davis, CA y muestreados para obtener material genético para esta investigación. Crédito: Siobhan Brady / UC Davis

Los científicos de la Universidad de California han descubierto datos genéticos que ayudarán a los cultivos alimentarios como los tomates y el arroz a sobrevivir a períodos de sequía más prolongados e intensos en nuestro planeta que se calienta.


por la Universidad de California – Riverside


En el transcurso de la última década, el equipo de investigación buscó crear un atlas molecular de raíces de cultivos, donde las plantas detectan por primera vez los efectos de la sequía y otras amenazas ambientales. Al hacerlo, descubrieron genes que los científicos pueden usar para proteger a las plantas de estas tensiones.

Su trabajo, publicado hoy en la revista Cell , logró un alto grado de comprensión de las funciones de la raíz porque combinó datos genéticos de diferentes células de raíces de tomate cultivadas tanto en interiores como en exteriores.

«Con frecuencia, los investigadores hacen experimentos de laboratorio y de invernadero, pero los agricultores cultivan cosas en el campo, y estos datos también analizan muestras de campo», dijo Neelima Sinha, profesora de biología vegetal de UC Davis y coautora del artículo.

Los datos arrojaron información sobre los genes que le dicen a la planta que produzca tres cosas clave.

El xilema son vasos huecos en forma de tubería que transportan agua y nutrientes desde las raíces hasta los brotes. Sin transporte en el xilema, la planta no puede crear su propio alimento a través de la fotosíntesis.

«El xilema es muy importante para apuntalar las plantas contra la sequía, así como la sal y otras tensiones», dijo la autora principal del estudio, Siobhan Brady, profesora de biología vegetal en UC Davis.

A su vez, sin el transporte de minerales vegetales en el xilema, los humanos y otros animales tendrían menos vitaminas y nutrientes esenciales para nuestra supervivencia. Además de algunos jugadores típicos necesarios para formar el xilema, se encontraron genes nuevos y sorprendentes.

El segundo conjunto clave de genes son los que dirigen una capa externa de la raíz para producir lignina y suberina. Suberin es la sustancia clave en el corcho y rodea las células vegetales en una capa gruesa, reteniendo el agua durante la sequía.

Los cultivos como los tomates y el arroz tienen suberina en las raíces. Los frutos de la manzana tienen suberina rodeando sus células externas. Dondequiera que ocurra, evita que la planta pierda agua. La lignina también impermeabiliza las células y proporciona soporte mecánico.

«La suberina y la lignina son formas naturales de protección contra la sequía, y ahora que se han identificado los genes que las codifican en esta capa muy específica de células, estos compuestos pueden mejorarse», dijo la coautora del estudio, Julia Bailey-Serres, de la UC. Profesor de genética de Riverside.

«Estoy emocionada de haber aprendido tanto sobre los genes que regulan esta capa de barrera contra la humedad. Es muy importante para poder mejorar la tolerancia a la sequía de los cultivos», dijo.

Los genes que codifican el meristemo de la raíz de una planta también resultaron ser notablemente similares entre el tomate, el arroz y Arabidopsis, una planta modelo similar a la maleza. El meristemo es la punta de crecimiento de cada raíz y es la fuente de todas las células que forman la raíz.

«Es la región que va a producir el resto de la raíz y sirve como su nicho de células madre», dijo Bailey-Serres. «Dicta las propiedades de las raíces mismas, como su tamaño. Tener conocimiento de ellas puede ayudarnos a desarrollar mejores sistemas de raíces».

Brady explicó que cuando los agricultores están interesados ​​en un cultivo en particular, seleccionan plantas que tienen características que pueden ver, como frutas más grandes y atractivas. Es mucho más difícil para los criadores seleccionar plantas con propiedades subterráneas que no pueden ver.

«La ‘mitad oculta’ de una planta, bajo tierra, es fundamental para que los criadores la consideren si quieren cultivar una planta con éxito», dijo Brady. «Poder modificar el meristemo de las raíces de una planta nos ayudará a diseñar cultivos con propiedades más deseables».

Aunque este estudio analizó solo tres plantas , el equipo cree que los hallazgos se pueden aplicar de manera más amplia.

«El tomate y el arroz están separados por más de 125 millones de años de evolución, sin embargo, todavía vemos similitudes entre los genes que controlan las características clave», dijo Bailey-Serres. «Es probable que estas similitudes también sean válidas para otros cultivos».



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