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Floración de plantas en suelos bajos en nitrógeno: un mecanismo revelado

Floración de plantas en suelos bajos en nitrógeno: un mecanismo revelado
Plantas de Arabidopsis utilizadas en uno de los experimentos durante el estudio. Crédito: Takeo Sato

Científicos de Japón, Europa y EE. UU. Han descrito una vía que conduce a la floración acelerada de plantas en suelos con bajo contenido de nitrógeno. Estos hallazgos podrían eventualmente conducir a aumentos en la producción agrícola.


por la Universidad de Hokkaido


El nitrógeno es uno de los tres macronutrientes que necesitan las plantas para su crecimiento y desarrollo, junto con el fósforo y el potasio. Las condiciones ricas en nitrógeno inducen el crecimiento de las plantas , particularmente el crecimiento de tallos y hojas, al tiempo que retrasan la floración. Por otro lado, en algunas plantas, las condiciones de bajo nitrógeno conducen a un cambio del modo de crecimiento al modo reproductivo, acelerando así la floración. Sin embargo, se desconocen los mecanismos moleculares que regulan la floración en estas condiciones.

Un equipo de científicos dirigido por el profesor asociado Takeo Sato de la Escuela de Graduados de Ciencias de la Vida de la Universidad de Hokkaido ha revelado el mecanismo molecular responsable de la aceleración de la floración en Arabidopsis en condiciones de bajo nitrógeno. Sus hallazgos fueron publicados en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) .

Arabidopsis, una planta crucífera, es bien conocida como planta modelo en biología y tiene una extensa base de datos de su expresión de proteínas. En el estudio actual, el equipo identificó por primera vez un conjunto de proteínas involucradas en la floración que se activaron como resultado de cambios en el nivel de nitrógeno. Uno de ellos fue el factor de regulación genética FLOWERING BHLH 4 (FBH4). Mediante experimentos con plantas deficientes en FBH4, se descubrió que esta proteína es responsable de la floración acelerada en condiciones de bajo nitrógeno.

Floración de plantas en suelos bajos en nitrógeno: un mecanismo revelado
FBH4 es necesario para la floración acelerada en Arabidopsis. La floración acelerada solo se observa en las plantas de tipo silvestre (izquierda), pero no en las plantas deficientes en FBH4 (derecha), en condiciones de bajo contenido de nitrógeno. Crédito: Miho Sanagi, et al. Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 11 de mayo de 2021

Investigaciones posteriores sugirieron que FBH4 es fosforilada extensamente por otra proteína llamada SnRK1. Las condiciones de bajo nitrógeno suprimen la actividad de SnRK1, lo que a su vez da como resultado la desfosforilación de FBH4. La FBH4 desfosforilada se desplaza hacia el núcleo para activar los genes responsables de la floración. La FBH4 desfosforilada también es responsable de controlar la expresión de otros genes vitales para la supervivencia de las plantas en condiciones de bajo contenido de nitrógeno, en particular los relacionados con el reciclaje y la removilización de nitrógeno.

Floración de plantas en suelos bajos en nitrógeno: un mecanismo revelado
Takeo Sato, con plantas de Arabidopsis en la sala de cultivo. Crédito: Takeo Sato

Los científicos concluyeron que, en respuesta al nitrógeno inadecuado, las plantas de Arabidopsis parecen controlar con precisión la expresión génica relacionada con los procesos metabólicos y de desarrollo necesarios para la floración a través de FBH4. «La familia de genes FBH está presente en las principales plantas de cultivo», dice Takeo Sato. «Las plantas de cultivo exhiben una floración temprana en condiciones de bajo nitrógeno; si podemos controlar las actividades de FBH en estas plantas de cultivo, podría ser una forma eficaz de aumentar de manera sostenible la producción agrícola».



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