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La presencia de flavonoides en las raíces del sorgo puede conducir a cultivos resistentes a las heladas

La presencia de flavonoides en las raíces del sorgo puede conducir a cultivos resistentes a las heladas.
Investigadores recolectando suelo asociado con raíces de diferentes líneas de sorgo (después de las heladas). Estas muestras de suelo luego se sometieron a secuenciación para la identificación de microbios. Aquí se ven las estudiantes de posgrado Mara Cloutier (frente a la derecha) y Debamalya Chatterjee (atrás a la derecha) que trabajan con los estudiantes de pregrado de Plant Genetics y Biotecnología Jillian Smothergill (frente a la izquierda) y Jeff Prusch (atrás a la izquierda). Crédito: Surinder Chopra

Los compuestos flavonoides, producidos por las raíces de algunas plantas de sorgo, afectan positivamente a los microorganismos del suelo, según investigadores de Penn State…….


por Jeff Mulhollem, Universidad Estatal de Pensilvania


Los compuestos flavonoides, producidos por las raíces de algunas plantas de sorgo, afectan positivamente a los microorganismos del suelo, según investigadores de Penn State, quienes sugieren que el descubrimiento es un paso temprano en el desarrollo de una línea resistente a las heladas del valioso cultivo para los agricultores norteamericanos.

Eso es importante porque el sorgo es un cultivo que puede responder al cambio climático debido a su alta eficiencia en el uso de agua y nitrógeno, según Surinder Chopra, profesora de genética del maíz, y Mary Ann Bruns, profesora de microbiología del suelo . Un pariente cercano del maíz, es el quinto cultivo de cereales más valioso a nivel mundial.

«El sorgo se puede utilizar para la alimentación humana y animal y también se puede cultivar como cultivo bioenergético, produciendo más etanol que el maíz cuando se cultiva en tierras marginales», dijeron. «El sorgo se adapta mejor que el maíz a situaciones de estrés como la sequía, la salinidad y el calor. Pero el aumento de la producción de sorgo requiere aumentar su tolerancia al estrés por frío y heladas , y esto es especialmente cierto en el noreste de Estados Unidos».

Para alcanzar su máximo potencial, el sorgo necesita crecer cinco meses después de ser plantado en la primera semana de junio. Si se produce una helada a principios de octubre, lo que no es inusual en el noreste de los Estados Unidos, los agricultores pueden quedar devastados. Debido a que el sorgo es tan sensible al frío, incluso una helada leve o una ola de frío temprana pueden matar el cultivo.

Estudios anteriores del grupo de investigación de Chopra en la Facultad de Ciencias Agrícolas mostraron que el sorgo produce potentes flavonoides en sus hojas cuando se expone a situaciones de estrés como hongos, alimentación de insectos o heladas. Estos flavonoides pueden permitir que la planta se adapte y sobreviva. El grupo Bruns ha estado trabajando para comprender los microbiomas del suelo en varios ecosistemas estresados.

Juntos, los investigadores están probando si las interacciones entre esos flavonoides y microorganismos en la zona de la raíz pueden conducir al desarrollo de variedades de sorgo y adiciones microbianas del suelo compatibles para proporcionar resistencia al frío y las heladas. Un esfuerzo de colaboración entre los dos grupos de investigación les permite conectar la prevalencia de microbiomas asociados a plantas, genética vegetal y flavonoides.

La presencia de flavonoides en las raíces del sorgo puede conducir a cultivos resistentes a las heladas.
Una cabeza de sorgo madura de una línea de reproducción tolerante a las heladas que se está desarrollando en Penn State. Esta espiga de sorgo muestra acumulación de compuestos flavonoides rojos. Crédito: Surinder Chopra

En este estudio, los investigadores encontraron evidencia de que la variación genética de las plantas influye en los flavonoides de las raíces y la composición de la comunidad microbiana del suelo, y que las bajas temperaturas afectan estas relaciones. En hallazgos publicados recientemente en Phytobiomes Journal , sostienen que las interacciones planta-microbio y la producción de metabolitos secundarios pueden ser componentes importantes a incluir para la cría selectiva de sorgo para la tolerancia al estrés por heladas.

«Creemos que los flavonoides pueden proporcionar la tolerancia necesaria contra el estrés del frío y las heladas», dijeron Bruns y Chopra. “Además, ciertos microorganismos presentes en el suelo pueden interactuar con los flavonoides para proporcionar adaptabilidad a la planta cuando percibe frío o helada en la superficie”.

Los investigadores cultivaron líneas seleccionadas de sorgo en el Centro de Investigación Agrícola Russell E. Larson de Penn State en Rock Springs a partir de semillas que adquirieron del Laboratorio de Investigación de Granos, Forrajes y Bioenergía mantenido por el Servicio de Investigación Agrícola del Departamento de Agricultura de EE. UU. En Lincoln, Nebraska.

De esas líneas «casi isogénicas» de sorgo, por igual excepto por dos genes involucrados en la producción de flavonoides, un grupo de líneas producía flavonoides inherentemente, el segundo grupo carecía de genes para producir flavonoides y el tercer tipo solo producía flavonoides cuando las plantas estuvieron expuestos a estrés como heladas y hongos patógenos.

Los investigadores analizaron la comunidad de microorganismos en los suelos que rodean las raíces para ver si la presencia o ausencia de flavonoides en las raíces de algunas de las plantas de sorgo impactaban las comunidades de hongos y bacterias. La investigadora principal Mara Cloutier, candidata a doctorado en ciencias del suelo y biogeoquímica, dirigió la evaluación de microbiomas en las cercanías de las raíces antes y después de una helada tardía.

Los investigadores analizaron las raíces en busca de flavonoides totales, fenoles totales y actividad antioxidante para determinar si la variación genética del sorgo influía en las concentraciones de flavonoides de las raíces y las comunidades microbianas del suelo. Los investigadores querían identificar cómo las heladas afectaban estas relaciones.

«Encontramos que un mayor número de cepas bacterianas se correlacionó con los flavonoides totales en comparación con las especies de hongos», dijo. «En conjunto, este estudio proporciona evidencia de que la variación genética de las plantas influye en los flavonoides de las raíces y la composición de la comunidad de microorganismos del suelo en las proximidades de las raíces de las plantas, y que estas relaciones se ven afectadas por las heladas».



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