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Estudio llega a la raíz de la resistencia del arroz a las inundaciones


El cambio climático está aumentando tanto la gravedad como la frecuencia de los fenómenos meteorológicos extremos, incluidas las inundaciones.


por Carol Clark, Emory University


Ese es un problema para muchos agricultores, ya que el arroz es el único cultivo alimenticio importante que es resistente a las inundaciones.

Sin embargo, un nuevo estudio, publicado en Science , identificó pistas genéticas de esta capacidad de recuperación que pueden ayudar a los científicos a mejorar las perspectivas de otros cultivos.

«Nuestro trabajo es la mirada más completa hasta ahora a través de las especies en lo que realmente está sucediendo bajo el capó a medida que las plantas responden a las inundaciones», dice Roger Deal, profesor asociado de biología en la Universidad de Emory y autor principal del estudio. «Comprender el mecanismo de tolerancia a las inundaciones es el primer paso para comprender cómo podría aumentarlo en las plantas que carecen de él».

El arroz fue domesticado de especies silvestres que crecieron en regiones tropicales , donde se adaptó para soportar monzones y anegamientos. La investigación de Science analizó cómo otros cultivos se comparan con el arroz cuando se sumergen en agua. Las plantas incluían especies con un rango de tolerancia a las inundaciones, desde el trébol de barril (que es similar a la alfalfa), hasta las plantas de tomate domesticadas , hasta un tomate silvestre que está adaptado para un ambiente desértico.

Los resultados mostraron que, aunque la evolución separó a los antepasados ​​del arroz y estas otras especies hace unos 180 millones de años, todos comparten al menos 68 familias de genes que se activan en respuesta a las inundaciones.

«Eso fue sorprendente», dice Deal. «Pensamos que veríamos diferentes respuestas de expresión génica entre estas especies relacionadas con su adaptación a condiciones húmedas o secas. En cambio, lo que fue realmente diferente fue que el arroz tuvo de lejos la respuesta más rápida y sincrónica. En comparación, las otras plantas «las respuestas fueron poco sistemáticas y al azar».

La investigación de Deal se centra en cómo las plantas construyen y adaptan sus cuerpos. Al profundizar en la biología del desarrollo y la genética de los sistemas vegetales, espera descubrir secretos que podrían beneficiar tanto a la agricultura como a la salud humana.

Marko Bajic, un estudiante graduado de Emory en el Departamento de Biología y el Programa de Posgrado en Genética y Biología Molecular, es coautor del artículo de Ciencia .

El estudio fue una colaboración internacional financiada por el Programa de Investigación del Genoma Vegetal de la National Science Foundation. Los autores incluyen científicos de la Universidad de California, Davis; la Universidad de California, Riverside; La Universidad Nacional de La Plata de Argentina y la Universidad Ultrecht de Holanda.

Los investigadores de UC Riverside realizaron experimentos de inundación y análisis de genomas de plantas de arroz, los científicos de UC Davis hicieron lo mismo con las especies de tomate, mientras que el trabajo de trébol de barril se realizó en Emory.

Los resultados sugieren que el momento y la suavidad de la respuesta genética pueden explicar las variaciones en los resultados para las plantas durante los experimentos.

La especie de tomate silvestre que crece en el suelo del desierto se marchitó y murió cuando se inundó.

El equipo examinó las células que residen en las puntas de las raíces de las plantas, ya que las raíces son las primeras en responder a una inundación. Las puntas de las raíces y los brotes también son el lugar donde reside el potencial de crecimiento principal de una planta. Estas regiones contienen células con la capacidad de convertirse en otros tipos de células en la planta y sirven como un sistema de reparación en plantas y otros seres vivos.

Profundizando aún más, el equipo analizó los genes en estas células de la punta de la raíz, para comprender si sus genes se activaron cuando estaban cubiertos con agua y privados de oxígeno y cómo.

«Observamos la forma en que el ADN instruye a una célula para crear respuestas de estrés particulares en un nivel de detalle sin precedentes», dice Mauricio Reynoso, uno de los autores principales de la Universidad de California, Riverside.

El grupo ahora está planeando estudios adicionales para mejorar las tasas de supervivencia de las plantas que actualmente mueren y se pudren por el exceso de agua.

Este año no es el primero en el que las lluvias excesivas han impedido que los agricultores puedan plantar cultivos como el maíz, la soja y la alfalfa. Las inundaciones también han dañado la calidad de los cultivos que pudieron cultivar. Se espera que esta tendencia continúe debido al cambio climático .

«Nosotros, como científicos, tenemos la urgencia de ayudar a las plantas a resistir las inundaciones, para garantizar la seguridad alimentaria en el futuro», dice Julia Bailey-Serres, otra autora principal del estudio y profesora de genética en la Universidad de California, Riverside.


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