Agricultura Cereales Estados Unidos

Los científicos de plantas estudian la interacción de las respuestas al estrés por calor en el maíz


Los extremos ambientales impulsados ​​por el cambio climático crean estrés en los cultivos y los fitomejoradores están intentando desenredar los factores genéticos que otorgan a las plantas tolerancia al estrés.


por Fred Love, Universidad Estatal de Iowa


Un nuevo estudio de científicos de la Universidad Estatal de Iowa muestra cómo dos respuestas aparentemente no relacionadas en las plantas de maíz interactúan para ayudar al cultivo a sobrevivir al estrés por calor.

El estudio, publicado el martes en la revista académica The Plant Cell , muestra cómo una respuesta llamada respuesta de proteína desplegada ayuda a activar la respuesta de choque térmico cuando las plantas de maíz están expuestas a condiciones climáticas cálidas. Las dos respuestas operan en diferentes partes de las células vegetales y los científicos asumieron previamente que las respuestas eran independientes. Pero los datos recopilados con Enviratron, una instalación altamente controlada y automatizada en el estado de Iowa equipada con un rover robótico y cámaras de crecimiento, permitieron al equipo de investigación mostrar cómo una respuesta influye en otra.

«Se ha pensado que estos dos sistemas funcionan de forma independiente», dijo Stephen Howell, profesor distinguido de genética, desarrollo y biología celular y autor principal del estudio. «Hemos podido demostrar que estos sistemas a veces funcionan juntos para mitigar el daño causado por el calor y proteger la planta del estrés «.

El estrés por calor hace que las proteínas se desnaturalicen y se doblen mal en el retículo endoplásmico, un orgánulo dentro de las células. Las proteínas mal plegadas pueden ser tóxicas y su acumulación activa una alarma que activa la expresión de genes que protegen a las plantas del estrés por calor . Una respuesta similar se desarrolla en diferentes ubicaciones de la célula, incluido el citoplasma, donde el calor excesivo activa la expresión de un conjunto diferente de genes que codifican proteínas de choque térmico.

El nuevo estudio muestra que, aunque las dos respuestas tienen lugar en diferentes partes de la célula, en realidad funcionan en concierto durante el estrés por calor: un poderoso factor de transcripción producido en la respuesta de la proteína desplegada activa la expresión de un factor clave que ayuda a desencadenar el calor. respuesta de choque.

El rover robótico visita las cámaras de crecimiento en todas las instalaciones de Enviratron para recopilar datos sobre plantas en diversas etapas de desarrollo. Los datos del Enviratron hicieron posible un nuevo estudio sobre el estrés por calor en las plantas de maíz. Crédito: Lie Tang

Los científicos descubrieron que eliminar la respuesta de la proteína desplegada hacía que las plantas de maíz fueran más susceptibles al estrés por calor y dificultaba la respuesta al choque por calor. Eso plantea la pregunta de si sobreexpresar la respuesta de la proteína mal plegada podría fortalecer la capacidad de las plantas de maíz para resistir altas temperaturas , pero Howell dijo que hacerlo puede tener otras consecuencias indeseables.

«Hay un equilibrio, por así decirlo, entre la defensa y el crecimiento», dijo. «Cuanto más contribuyes a la defensa, más sacrificas el crecimiento. Puede ser que puedas proporcionar una defensa algo mayor a los cultivos, pero podrías hacerlo a expensas del crecimiento».

En su estudio, los investigadores se basaron en datos recopilados en Enviratron, una instalación de vanguardia en la Granja de Investigación de Ingeniería Agronómica / Agronomía de ISU que utiliza un rover robótico que viaja a través de una serie de cámaras de crecimiento especializadas que controlan cuidadosamente el ambientes en los que se crían las plantas. El desarrollo del Enviratron fue financiado a través de una subvención de la National Science Foundation. Zhaoxia Li, primer autor del artículo y científico postdoctoral en el laboratorio de Howell, dijo que la instalación permite a los investigadores controlar variables como la temperatura, la humedad, la luz y las concentraciones de dióxido de carbono para estudiar su efecto en el desarrollo de las plantas.

Howell dijo que artículos científicos anteriores han descrito el diseño y la construcción del Enviratron, pero esta es la primera publicación en una revista basada en datos generados en la instalación.

«Esperamos que estudios como este enfaticen el valor de realizar dicha investigación bajo las condiciones ambientales controladas que ofrece el Enviratron», dijo.


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