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Lo que los árboles de brotación temprana nos dicen sobre la genética y el cambio climático

Lo que los árboles de brotación temprana nos dicen sobre la genética y el cambio climático
En esta foto tomada antes de 2020, dos estudiantes de Michigan Tech se encuentran en un invernadero de la Facultad de Recursos Forestales y Ciencias Ambientales. Crédito: Universidad Tecnológica de Michigan

Los genes afectan cuando los árboles producen hojas en la primavera. Comprender cómo podría ayudar a los científicos a adaptar los árboles para que sean más resistentes al cambio climático.


por Kelley Christensen, Universidad Tecnológica de Michigan


Una de las señales más seguras de la primavera son los árboles de tinte verde lima vibrante que se desarrollan a medida que sus cogollos se abren y se despliegan pequeñas hojas nuevas. Brote es el nombre científico de este proceso, un término sencillo para el gran mecanismo genético que permite a los árboles salir y hacer su trabajo de fotosíntesis de verano para almacenar energía para el próximo invierno.

La brotación está impedida por el brote, que ocurre en el otoño. Una vez que los árboles han dejado caer sus hojas y a medida que los días se acortan y se vuelven más fríos, crecen nuevos brotes en las ramas. Como muchas flores silvestres, los árboles requieren un período de inactividad a temperaturas más frías, un proceso perfeccionado por la evolución, antes de que se produzca la brotación.

Pero a medida que el clima cambiante se vuelve cada vez más impredecible, las heladas tardías son más comunes y muchos árboles inician la brotación demasiado pronto o demasiado tarde. Para los agricultores que cultivan árboles frutales y de frutos secos, así como vides de uva, una brotación inoportuna y una helada podrían significar la diferencia entre una buena cosecha y ninguna.

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Por ejemplo, una helada tardía en 2007 en el este de los EE. UU. Resultó en una pérdida agrícola estimada de $ 112 millones, incluidos $ 86 millones en pérdidas en cultivos de frutas. La brotación mal sincronizada también puede provocar brotes de plagas y enfermedades.

Comprender la genética de la brotación permite a los científicos modificar o seleccionar variedades de cultivos más resistentes a tales amenazas.

Victor Busov, profesor de la Facultad de Recursos Forestales y Ciencias Ambientales de la Universidad Tecnológica de Michigan, junto con colegas de EE. UU. Y Suecia, publicaron una nueva investigación sobre los factores de transcripción responsables de la brotación temprana en la revista Nature Communications . Los factores de transcripción son genes que regulan otros genes al unirse al ADN y dar instrucciones de activación.

Regulación de la brotación

Las propiedades de los factores de transcripción ayudan a los científicos a determinar qué otros genes podrían estar involucrados en un proceso en particular, como iniciar la brotación.

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Busov y sus colaboradores identificaron previamente factores de transcripción para la brotación temprana 1 (EBB1) y la fase vegetativa corta (SVL), que interactúan directamente para controlar la brotación. El equipo de investigación ahora ha identificado y caracterizado el gen de la brotación temprana 3 (EBB3). EBB3 es un regulador de la brotación que responde a la temperatura, controlado por las interacciones entre los genes y el entorno circundante. El factor de transcripción proporciona un vínculo directo con la activación del ciclo celular durante la brotación.

«Sabemos ahora que EBB3 está proporcionando un enlace directo a través de la vía de señalización de cómo se dividen estas células», dijo Busov. «Una vez que encontramos el tercer gen, comenzamos a juntarlos en una ruta coherente, lo que nos ayuda a ver el panorama general».

Usando álamos y locus en flor en los invernaderos de Michigan Tech, los investigadores imitaron la duración de la luz del día y la temperatura de un día de verano promedio durante un período de tiempo, seguido de un período que imitaba los días de invierno promedio. Luego, los científicos llevaron a cabo un análisis de expresión genética para determinar cómo los factores de transcripción trabajaron juntos para ayudar a los árboles a juzgar cuándo colocar hojas en la primavera artificial del invernadero.

Busov dijo que el análisis revela cómo se activan genes particulares a lo largo de la temporada o en respuesta a factores ambientales específicos.

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«Necesitamos comprender no sólo tres factores de transcripción, sino toda la red», dijo Busov. «Una vez que identificamos los genes, hacemos experimentos en los que aumentamos o disminuimos la expresión del gen. Observamos cuál es el efecto de estas acciones en la descendencia. La identificación de la variación en la red nos permitirá regular la brotación temprana. Las nuevas tecnologías de secuenciación están potenciando estas áreas «.

Hablando por los árboles

El clima tiene efectos profundos sobre los procesos genéticos que regulan la brotación. El primero de estos efectos es el calentamiento de los inviernos. En lugares que ya no experimentan suficiente frío, los árboles no reciben la exposición al frío necesaria para restablecer el crecimiento . La exposición al frío es crucial para una floración y salida de hojas fuertes y uniformes, que son necesarias para producir una buena cosecha, ya sean melocotones, manzanas, cerezas, uvas o almendras.

La segunda forma en que el cambio climático afecta a los árboles son las heladas tardías. El brote tiene que ver con el tiempo; los árboles no deben iniciar el crecimiento de las hojas hasta que haya pasado el peligro de las heladas. Los casos de heladas extremadamente tardías son cada vez más comunes y, como señala Busov, la investigación indica que la frecuencia de estos eventos aumenta con el cambio climático.

«Las heladas tardías tienen efectos perjudiciales, no solo en los árboles frutales, lo que resulta en la pérdida de cultivos, sino también en los árboles forestales», dijo Busov. «Las heladas afectan negativamente el crecimiento y lesionan los órganos en crecimiento, lo que hace que los árboles sean susceptibles a enfermedades y plagas».

Para empeorar las cosas, los árboles son organismos tan longevos que su evolución no va a la par con la velocidad a la que cambia el clima.

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«Para los árboles, su adaptación es generacional, pero sus generaciones son tan largas, su adaptación también es tan larga», dijo Busov. «Se necesita alguna forma de acelerar esto, tanto en árboles frutales como en poblaciones forestales. Con cambios rápidos, no hay tiempo para esta adaptación».

Diseñar nuevos enfoques para la adaptación acelerada de los árboles al cambio climático puede garantizar que la brotación se produzca exactamente en el momento adecuado cada primavera. Utilizando su conocimiento de las vías genéticas que controlan la brotación, los científicos esperan modificar genéticamente los cultivos para adaptarse a inviernos más cálidos y heladas impredecibles. Los científicos también pueden llevar a cabo la reproducción asistida por el genoma, el antiguo proceso de selección natural, con conocimientos basados ​​en la ciencia.




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