Científicos chinos han identificado un gen clave involucrado en la tolerancia alcalina de los cultivos que puede mejorar en gran medida el rendimiento de los cultivos en ambientes sódicos mediante el uso de la ingeniería genética.
por la Academia China de Ciencias
Este estudio, dirigido por el equipo del Prof. Xie Qi del Instituto de Genética y Biología del Desarrollo de la Academia de Ciencias de China, en colaboración con otras siete instituciones, ha sido publicado en Science .
Actualmente, hay más de mil millones de hectáreas de suelos salinos y alcalinos en el mundo, de los cuales alrededor del 60% están clasificados como altamente sódicos. Como resultado, el desarrollo de cultivos resistentes a la solución salina y alcalina es un desafío global urgente. Sin embargo, la tolerancia alcalina en las plantas no ha sido bien estudiada.
El sorgo se originó en los duros entornos de África y ha desarrollado una mayor tolerancia a múltiples estreses abióticos que otros cultivos importantes (p. ej., trigo, arroz y maíz, etc.). Como algunas halófitas, el sorgo puede incluso sobrevivir en un suelo sódico con un pH de hasta 10,0.
En este trabajo, los investigadores primero realizaron un estudio de asociación de todo el genoma en un panel diverso de sorgo e identificaron un locus importante, la tolerancia alcalina 1 (AT1), que codifica una subunidad γ de proteína G atípica y controla la tolerancia alcalina. El gen AT1 tiene ortólogos en otras plantas; en arroz se denominó GS3.
Otros experimentos confirmaron que el alelo at1/gs3 produce una proteína de truncamiento en el extremo C que contribuye al efecto negativo de la tolerancia alcalina, mientras que la eliminación de AT1/GS3 (siendo GS3 el ortólogo del arroz de AT1) aumentó de forma conservadora la tolerancia al estrés alcalino en cultivos de monocotiledóneas . , incluidos el sorgo, el mijo, el arroz y el maíz.
Descubrieron que las acuaporinas PIP2 en la homeostasis de especies reactivas de oxígeno pueden estar involucradas en la señalización de la proteína Gγ. El análisis genético y biológico celular mostró que Gγ regula negativamente la fosforilación de PIP2;1, y la fosforilación de acuaporinas podría modular la salida de H 2 O 2 , lo que lleva a una disminución de los niveles de ROS en plantas bajo estrés alcalino.
Para evaluar la aplicación del gen AT1/GS3 en la producción de cultivos , se realizaron ensayos de campo en suelos salinos y alcalinos. Descubrieron que los mutantes no funcionales en varias monocotiledóneas, incluido el sorgo , el mijo, el arroz y el maíz, pueden mejorar significativamente el rendimiento de los cultivos en el campo en términos de biomasa o producción de rendimiento que sus controles no modificados cuando se cultivan en suelos sódicos.
En conclusión, los investigadores descubrieron que una subunidad Gγ atípica regula negativamente el estrés alcalino mediante la modulación de la salida de H 2 O 2 bajo estrés ambiental.
«Hemos descubierto el mecanismo molecular de una proteína G ‘estrella’ que desempeña un papel novedoso en el control de la respuesta al estrés de las plantas y su molécula aguas abajo, las acuaporinas, en la exportación de H 2 O 2 «, dijo el profesor Xie.
Además de ilustrar un mecanismo molecular ecológicamente importante , este estudio tiene un gran potencial para guiar el mejoramiento de cultivos tolerantes a la sal alcalina para tierras marginales. De esta forma, podría contribuir a la seguridad alimentaria mundial ya que existen más de mil millones de hectáreas de tierra salina en todo el mundo.
Más información: Huili Zhang et al, La proteína A Gγ regula la sensibilidad alcalina en cultivos, Science (2023). DOI: 10.1126/ciencia.ade8416 . www.science.org/doi/10.1126/science.ade8416
