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Los científicos desacreditan el posible vínculo con la tolerancia al frío de los cultivos

Los científicos desacreditan el posible vínculo con la tolerancia al frío de los cultivos
Una nueva investigación desacredita una teoría arraigada de que el Miscanthus y otros cultivos de pasto son susceptibles al frío porque carecen del espacio en sus hojas necesario para aumentar la eficiencia fotosintética a bajas temperaturas. Crédito: Universidad de Illinois

Cuando las temperaturas bajan, la enzima Rubisco que impulsa el crecimiento y el rendimiento de las plantas se vuelve lenta. 


por la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign


Muchos cultivos lo compensan produciendo más Rubisco; sin embargo, los científicos especularon que algunos cultivos pueden carecer de espacio en sus hojas para impulsar la producción de esta enzima, haciéndolos más susceptibles al frío. Un nuevo estudio de la Universidad de Illinois y el Instituto de Tecnología de Massachusetts refuta esta teoría, pero encontró que estos cultivos están lejos de alcanzar su potencial fotosintético.

Los científicos de plantas sabían que la soja, el arroz y otros cultivos C3 tienen espacio para Rubisco adicional en sus hojas. Sin embargo, los cultivos C4, como el maíz y la caña de azúcar, usan células de mesófilo para bombear bioquímicamente dióxido de carbono a sus células internas, llamadas envoltura de haz, donde Rubisco reside en concentraciones de dióxido de carbono diez veces mayores que los niveles atmosféricos. Más dióxido de carbono hace que Rubisco sea más eficiente.

«Pero al aislar la enzima en solo una parte de la hoja, ¿habría suficiente espacio para la mayor cantidad de Rubisco necesaria a temperaturas más bajas?» dijo Stephen Long, catedrático de Ciencias de Cultivos y Biología Vegetal de la Universidad Ikenberry en el Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica en Illinois.

Publicado en el Journal of Experimental Botany , el estudio midió el volumen de los cloroplastos que contienen Rubisco que residen en las envolturas del maíz, la caña de azúcar y el Miscanthus tolerante al frío. El equipo concluyó que los volúmenes de cloroplasto de estos cultivos C4 son suficientes para contener Rubisco más que suficiente para realizar la fotosíntesis a bajas temperaturas. Curiosamente, Miscanthus tenía los cloroplastos más pequeños, mostrando que no había conexión entre el volumen de cloroplasto y la tolerancia al frío.

Los científicos desacreditan el posible vínculo con la tolerancia al frío de los cultivos
Al analizar estas secciones transversales de hojas, los científicos refutaron una teoría de larga data de que varios cultivos de pasto son susceptibles al frío porque carecen del espacio en sus hojas necesario para aumentar la eficiencia fotosintética a bajas temperaturas. Crédito: Charles Pignon, Marjorie Lundgren, Colin Osborne y Stephen Long

«Sin embargo, estas plantas todavía no pueden alcanzar su máxima producción de energía potencial», dijo el autor principal Charles Pignon, investigador postdoctoral en Illinois, cuyo trabajo fue apoyado por la fundación Edward William y Jane Marr Gutgsell. «Ahora que hemos descartado el espacio como factor limitante, necesitamos explorar qué otros factores están afectando la tolerancia al frío de estos importantes cultivos».

Al desbloquear la clave de la tolerancia al frío, los científicos de plantas pueden extender la región de cultivo y la temporada de estos cultivos para impulsar la producción de alimentos y bioenergía en todo el mundo. A continuación, los investigadores planean comparar la tolerancia al frío de las variedades de Miscanthus para identificar diferencias importantes.

El artículo de acceso abierto «El volumen de cloroplasto de la vaina del paquete puede albergar suficiente Rubisco para evitar limitar la fotosíntesis de C4 durante el enfriamiento» es publicado por Journal of Experimental Botany .


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