La planta de maíz sabe cómo encontrar agua en el suelo usando las puntas de sus raíces, pero muchas variedades utilizadas para producir maíz de alto rendimiento en Estados Unidos parecen haber perdido parte de esa capacidad, según un nuevo estudio. Con el cambio climático aumentando las sequías, los resultados muestran el potencial del maíz mexicano para desarrollar variedades más resilientes.
Una investigación de un equipo de la Universidad de Stanford, publicada en la revista Science, revela los mecanismos genéticos que subyacen a la «hidroestructura» de las raíces, o cómo las raíces de las plantas se ramifican hacia el agua y evitan los espacios secos en el suelo. En particular, los científicos descubrieron que el etileno, una hormona vegetal conocida por ayudar a la maduración de los plátanos, también afecta el crecimiento de las raíces en busca de agua.
Las raíces del maíz crecen en un ensayo especialmente diseñado para medir la respuesta de las ramas de la raíz a la humedad, un fenómeno conocido como hidropatrón. Fotografía de LiPo Ching, Universidad de Stanford.
“Las plantas tienen un mecanismo sofisticado para ‘ver’ dónde está el agua en el suelo, y los genes que hacen esto juegan un papel importante al ayudar a la planta a crear un sistema de raíces optimizado para absorber agua de manera eficiente. Básicamente, las plantas utilizan el gas etileno producido por sus raíces para detectar dónde hay espacios de aire en el suelo. «Luego regulan la ramificación de las raíces en función de esta hormona», dice José Dinnen, autor principal del estudio y profesor de biología en la Facultad de Humanidades y Ciencias de la Universidad de Stanford. Este trabajo fue posible gracias a una colaboración internacional de varios grupos de investigación que contribuyen a la genética cuantitativa, la evolución y el desarrollo de las raíces.
Si bien el laboratorio de Dinneny había identificado previamente la exquisita sensibilidad de las raíces del maíz para detectar agua, descubrió que qué tan bien una planta afronta esta tarea depende en gran medida de la variedad o híbrido de maíz específico.
Para este estudio, los científicos desarrollaron una forma nueva y simplificada de estudiar la sensibilidad de las raíces al agua, lo que les permitió analizar la respuesta de 250 variedades de maíz que reflejan el acervo genético presente en el mejoramiento moderno del maíz.
Los científicos han descubierto que las variedades de maíz adaptadas al crecimiento en regiones tropicales o subtropicales como México son muy buenas para formar nuevas ramas de raíces en dirección al agua y evitar las zonas secas.
Por el contrario, las variedades adaptadas a las regiones templadas de América del Norte a menudo desarrollaban raíces en muchas direcciones, sin distinguir entre zonas de suelo secas y húmedas.
El desarrollo del maíz estadounidense moderno, un cultivo básico que a menudo se cultiva en tierras agrícolas muy fértiles, puede haber debilitado la respuesta de las raíces de las plantas a la búsqueda de agua, dijeron los investigadores. También observaron que las comparaciones con estudios de campo mostraron que una hidroestructura más fuerte estaba asociada con una mayor profundidad de la raíz.
“Curiosamente, las plantas que detectan mejor dónde hay agua también desarrollan sistemas de raíces más profundos. «Una hipótesis es que si una planta no pierde tiempo desarrollando retoños de raíces en lugares donde no puede encontrar agua ni nutrientes, tiene más energía para crecer más profundamente, donde es más probable que haya agua disponible», dijo el autor principal Johannes Schaervis, investigador postdoctoral en el laboratorio de Dinneny.
Los investigadores han descubierto a través de análisis genético que dos hormonas vegetales, la auxina y el etileno, influyen en la respuesta de las raíces del maíz al agua. Aunque ya se sabía que la auxina ayuda a controlar este proceso, la participación del etileno fue un nuevo descubrimiento.
En experimentos con la planta modelo Arabidopsis thaliana , los científicos descubrieron que las vías de señalización genética de las dos hormonas se complementan: la señal de auxina promueve el desarrollo de las ramas de la raíz hacia el agua, mientras que el etileno inhibe la ramificación cuando la raíz está expuesta al aire.
«Se necesitan más investigaciones para comprender mejor las interacciones de estas vías genéticas antes de que se puedan desarrollar variedades de maíz con sistemas radiculares más tolerantes a la sequía, pero estos resultados resaltan la importancia de estudiar estas respuestas localizadas en las puntas de las raíces. Cada punta de raíz actúa como un sensor en el suelo. Buscan agua y nutrientes y controlan la dirección en la que deben crecer las nuevas ramas de las raíces. “Necesitamos dedicar más tiempo a estudiar estas respuestas de las raíces locales para comprender lo que está haciendo toda la planta, y luego podemos usar eso para desarrollar plantas que sean más tolerantes a la sequía”, concluyó Charvis.
Fuente: Universidad de Stanford.
En la imagen aparecen los investigadores Johannes Charvis y Jose Dinneny de pie frente a plantas de maíz cultivadas para estudiar la respuesta de las raíces a la humedad en el complejo de invernaderos de la Universidad de Stanford. Fotografía de Lee Po Ching, Universidad de Stanford.
