Agricultura Botánica y Genética Estados Unidos

Gen identificado que ayudará a desarrollar plantas para combatir el cambio climático


Redes subterráneas ocultas de raíces de plantas serpentean a través de la tierra en busca de nutrientes y agua, similar a un gusano que busca comida.


por el Instituto Salk


Sin embargo, los mecanismos genéticos y moleculares que gobiernan qué partes de las raíces del suelo exploran siguen siendo en gran parte desconocidos.

Ahora, los investigadores del Instituto Salk han descubierto un gen que determina si las raíces crecen profundas o poco profundas en el suelo.

Además, los hallazgos, publicados en Cell el 11 de julio de 2019, también permitirán a los investigadores desarrollar plantas que puedan ayudar a combatir el cambio climático como parte de la Iniciativa de aprovechamiento de plantas de Salk. La iniciativa apunta a cultivar plantas con raíces más robustas y profundas que puedan almacenar mayores cantidades de carbono bajo tierra durante más tiempo para reducir el CO2 en la atmósfera. La iniciativa Salk recibirá más de $ 35 millones de más de 10 individuos y organizaciones a través de The Audacious Project para promover este esfuerzo.

«Estamos increíblemente entusiasmados con este primer descubrimiento en el camino hacia la realización de los objetivos de la Iniciativa de Aprovechamiento de Plantas», dice el Profesor Asociado Wolfgang Busch, autor principal del artículo y miembro del Laboratorio de Biología Molecular y Celular de Plantas de Salk, así como su Integrative Laboratorio de biología. «Reducir los niveles de CO2 en la atmósfera es uno de los grandes desafíos de nuestro tiempo y, personalmente, es muy significativo para mí trabajar en la búsqueda de una solución».

Izquierda: planta de Arabidopsis thaliana normal con arquitectura de sistema de raíces poco profundas. Derecha: Variante de Arabidopsis thaliana que muestra una arquitectura más profunda del sistema de raíces. (Las raíces son de color amarillo en la imagen para una mejor visibilidad). Crédito: Instituto Salk

En el nuevo trabajo, los investigadores utilizaron el modelo de planta thress cress ( Arabidopsis thaliana ) para identificar los genes y sus variantes que regulan la forma en que funciona la auxina, una hormona que es un factor clave en el control de la arquitectura del sistema radicular. Aunque se sabía que la auxina influía en casi todos los aspectos del crecimiento de las plantas, no se sabía qué factores determinaban cómo afectaba específicamente a la arquitectura del sistema raíz.

«Para poder ver mejor el crecimiento de las raíces, desarrollé y optimicé un método novedoso para estudiar sistemas de raíces de plantas en el suelo», dice la primera autora Takehiko Ogura, becaria postdoctoral en el laboratorio de Busch. «Las raíces de A. thaliana son increíblemente pequeñas, por lo que no son fácilmente visibles, pero al cortar la planta por la mitad, podríamos observar y medir mejor las distribuciones de raíces en el suelo».

El equipo encontró que un gen, llamado EXOCYST70A3, regula directamente la arquitectura del sistema raíz al controlar la vía de la auxina sin interrumpir otras vías. EXOCYST70A3 hace esto al afectar la distribución de PIN4, una proteína que se sabe que influye en el transporte de auxinas. Cuando los investigadores modificaron el gen EXOCYST70A3, encontraron que la orientación del sistema radicular cambiaba y que las raíces crecían más profundamente en el suelo.

«Los sistemas biológicos son increíblemente complejos, por lo que puede ser difícil conectar los mecanismos moleculares de las plantas a una respuesta ambiental», dice Ogura. «Al relacionar cómo este gen influye en el comportamiento de la raíz, hemos revelado un paso importante en la forma en que las plantas se adaptan a los entornos cambiantes a través de la vía de la auxina».

Además de permitir que el equipo desarrolle plantas que puedan hacer crecer los sistemas de raíces más profundas para finalmente almacenar más carbono, este descubrimiento podría ayudar a los científicos a entender cómo las plantas abordan la variación estacional en la lluvia y cómo ayudar a las plantas a adaptarse a los climas cambiantes.

«Esperamos utilizar este conocimiento de la vía de la auxina como una forma de descubrir más componentes relacionados con estos genes y su efecto en la arquitectura del sistema raíz «, agrega Busch. «Esto nos ayudará a crear plantas de cultivo mejores y más adaptables, como la soja y el maíz, que los agricultores pueden cultivar para producir más alimentos para una población mundial en crecimiento».

Otros autores incluyen a Santosh B. Satbhai de Salk, junto con Christian Goeschl, Daniele Filiault, Madalina Mirea, Radka Slovak y Bonnie Wolhrab del Instituto Gregor Mendel en Austria.


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