Cuando era una niña pequeña que pasaba tiempo en la granja de arroz de sus abuelos en Filipinas, Shelley Lumba creció entendiendo los beneficios de la Revolución Verde, el período de las décadas de 1950 y 1960 cuando se lograron muchos avances tecnológicos en la agricultura.
por la Universidad de Toronto
“Mis abuelos contaban historias sobre cómo no teníamos suficiente arroz para alimentar a nuestra familia y mucho menos para vender en el mercado”, dice. “Y Filipinas enfrentaba la misma crisis: no había suficiente arroz para alimentar a la población del país. Por supuesto, estaba afectando más a las personas más pobres y estaba sucediendo en países de todo el mundo”.
Luego, los abuelos de Lumba comenzaron a cultivar una variedad híbrida de arroz, una de las variedades de cereales recientemente desarrolladas que eran más resistentes, más nutritivas y producían mayores rendimientos. Gracias al híbrido, los abuelos de Lumba pudieron alimentar a su familia y les sobró arroz para vender.
Hoy, Lumba es profesor asistente en el departamento de biología celular y de sistemas (CSB) de la Universidad de Toronto en la Facultad de Artes y Ciencias. Ella espera que su investigación conduzca a avances en la agricultura como los que se lograron durante la Revolución Verde y ayude a aliviar el hambre, la pobreza y el cambio climático.
Lumba y sus colegas estudian cómo los organismos, incluso aquellos de reinos completamente diferentes, se comunican a nivel molecular a través de un “lenguaje de vida” compartido. Por ejemplo, las plantas señalan a los hongos en el suelo emitiendo hormonas llamadas estrigolactonas (SL). Estas hormonas de “acompañamiento” provocan que los hongos se adhieran a la planta, estableciendo así una relación simbiótica en la que el hongo proporciona fosfatos a su pareja y, a cambio, recibe carbono.
“Esta simbiosis es omnipresente”, dice Lumba. “Si eres jardinero, sabes que la tierra nueva y estéril se siente como arena, pero la tierra de tus macetas plantadas o del jardín se siente pesada con ‘cosas’. Esas cosas son todos los diferentes hongos y bacterias que ayudan a tus plantas a crecer”.
Las SL y otras hormonas vegetales como las giberelinas desencadenan la germinación cuando las condiciones son favorables, por ejemplo, cuando hay suficiente humedad y nutrientes en el suelo.
El objetivo de Lumba es comprender mejor cómo, a nivel molecular, los organismos envían estas señales y, una vez recibidas, cómo esas señales se traducen en una respuesta. Una esperanza es que la investigación conduzca a nuevas formas de combatir la plaga causada por el parásito Striga hermonthica, comúnmente conocido como hierba bruja.
Witchweed, también conocido como el “vampiro violeta” por sus flores brillantes, es considerado por las Naciones Unidas como un impedimento importante para el alivio de la pobreza en África. El parásito ataca los principales cultivos de cereales como el maíz, el sorgo, el mijo, el maíz dulce y el arroz, se adhiere a sus raíces y drena la gran cantidad de humedad y nutrientes.
Witchweed es particularmente difícil de combatir porque una sola planta es capaz de producir hasta 100.000 semillas. Las semillas son tan pequeñas que parecen polvo y un trozo de tierra de un metro cuadrado puede contener miles. Es más, el parásito comienza a dañar los cultivos incluso antes de brotar sobre el suelo; en otras palabras, antes de que los agricultores sepan que sus cultivos están siendo atacados.
Witchweed puede provocar pérdidas significativas de cultivos y, a veces, puede acabar con cosechas enteras. El daño a la agricultura en África causado por la planta se estima en aproximadamente US$9 mil millones al año, con infestaciones que afectan la vida de más de 100 millones de personas en 25 países.
Como cualquier organismo parásito, la hierba bruja necesita un huésped para sobrevivir, por lo que ha desarrollado semillas que pueden permanecer latentes en el suelo durante décadas hasta que “sienten” que una víctima potencial está cerca. En ese momento, las semillas germinan y se adhieren a un huésped.
Ha habido intentos de combatir esta plaga. Los investigadores están tratando de desarrollar cepas de cultivos de cereales resistentes a la maleza bruja. También se han realizado experimentos en los que los campos vacíos se tratan con SL para desencadenar una “germinación suicida” en las semillas contenidas en el suelo, pero los SL son prohibitivamente caros de fabricar.
El progreso es lento en parte porque el problema existe predominantemente en los países subdesarrollados y porque las soluciones no serán necesariamente lucrativas para las empresas que podrían desarrollarlas.
Otro obstáculo es que experimentar con maleza mágica en un laboratorio es un desafío. Debido a que es un parásito, existen estrictas normas, permisos y protocolos necesarios para cultivarlo. Además, debido a que requiere un huésped para sobrevivir, existe el desafío adicional de analizar qué está pasando con el parásito y qué está pasando con el huésped. Finalmente, los investigadores no pueden manipular los genes de la hierba bruja, una herramienta típica de cualquier investigación de este tipo.
Pero un gran avance del laboratorio de Lumba ha sorteado los desafíos asociados con la experimentación con la maleza bruja.
Las semillas de Arabidopsis thaliana, un miembro de la familia que incluye las mostazas y las coles, permanecen latentes debido a las proteínas que suprimen la germinación en ausencia de la humedad y el calor adecuados. Cuando las condiciones son adecuadas, las semillas de Arabidopsis producen la hormona giberelinas que descompone los represores de la germinación.
Como se describe en un artículo reciente en Nature Plants , Lumba y sus colaboradores han encontrado una manera de introducir receptores SL de maleza bruja en Arabidopsis, eludiendo así el requisito de giberelinas que normalmente inicia la germinación. El resultado es una cepa de Arabidopsis que responde a SL como la hierba bruja, creando así una planta modelo efectiva para sus experimentos.
Con una comprensión cada vez mayor de cómo responde una semilla a los SL a nivel molecular, la investigación de Lumba tiene el potencial de conducir a estrategias alternativas para combatir el parásito. Por ejemplo, podría conducir al diseño de moléculas que desencadenen la germinación suicida, pero que sean más baratas y fáciles de fabricar que las SL.
También abre la posibilidad de otras estrategias, como el desarrollo de moléculas que cerrarán el proceso de germinación por completo, incluso en presencia de SL de un huésped.
“Espero que el tiempo de ‘banco a campo’ no sea demasiado largo”, dice Lumba, “y que pronto surjan nuevas estrategias basadas en este trabajo”.
Además de su investigación relacionada con la maleza bruja, Lumba y sus colegas también están investigando otra pregunta con ramificaciones globales: ¿Por qué y cómo responden los hongos a los SL? El ochenta por ciento de las plantas dependen de esta relación simbiótica y mejorar la interacción con los hongos beneficiosos podría conducir a cultivos más resistentes y reducir la necesidad de fertilizantes, reduciendo así la escorrentía de fosfato en los sistemas de agua y disminuyendo la producción de gases de efecto invernadero.
Además, podría aumentar el rendimiento de los cultivos, cuyos beneficios Lumba presenció cuando era niño.
“Sabía por la experiencia de mi familia lo importante que es la agricultura”, dice ella. “El impacto potencial de una investigación como esta es enorme y puede mejorar la vida de muchas personas. Se trata de un suelo saludable para un planeta saludable”.
