Agricultura Botánica y Genética Estados Unidos

Los equipos de investigación hacen un gran avance en la entrega de nutrientes a las plantas

Los equipos de investigación hacen un gran avance en la entrega de nutrientes a las plantas
Luis Herrera-Estrella. Crédito: Universidad Tecnológica de Texas

Cuando la mayoría de la gente piensa en hongos, los pensamientos generalmente no son buenos y se dirigen a algo que daña más que a lo que realmente es útil. 


por George Watson, Universidad Tecnológica de Texas


Sin embargo, los hongos juegan un papel fundamental en el crecimiento y desarrollo de la vida vegetal y lo han hecho durante millones de años. Los científicos saben desde hace mucho tiempo que los hongos micorrízicos arbusculares (AM) que viven en armonía con aproximadamente el 90% de las plantas terrestres y juegan un papel clave en sus sistemas de raíces, son responsables de llevar el fosfato necesario a las plantas para ayudar al crecimiento.

Ahora, sin embargo, gracias a un descubrimiento de un equipo de científicos del Instituto de Genómica para la Tolerancia al Estrés Abiótico de Cultivos (IGCAST) de la Universidad Tecnológica de Texas (IGCAST) en el Departamento de Ciencias de la Plantación y del Suelo, y el Laboratorio Clave Estatal de Genética y Germoplasma de Cultivos de la Universidad Agrícola de Nanjing. Mejora, ese papel simbiótico puede ir aún más lejos.

Ese equipo de investigación, que incluía al profesor Guohua Xu, al profesor Aiqun Chen y al Dr. Huimin Feng de la Universidad Agrícola de Nanjing y, Luis Herrera-Estrella, el Profesor Distinguido de Genómica Vegetal del Presidente y director del IGCAST, y el profesor asistente Damar López-Arredondo, descubrió que los hongos AM también actuaban como proveedores de nitrógeno a la planta, la proteína (NPF4.5) responsable de transportar los nitratos desde los hongos a la planta, y que esta vía simbiótica del nitrato y la función de la proteína están presentes en cultivos tales como el arroz, y probablemente la mayoría de las otras especies vegetales .

Los resultados del artículo, «El análisis funcional del transportador de nitrato OsNPF4.5 revela una vía micorrízica conservada de adquisición de nitrógeno en plantas «, fueron publicados recientemente por Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ).

Xu destacó su hallazgo de que la eficiencia de colonización de hongos, la promoción del crecimiento de las plantas y la absorción de nutrientes se mantuvieron e incluso mejoraron con niveles altos de suministro de nitrógeno, lo que es opuesto a la colonización con supresión alta de fosfato, lo que indica la contribución general de la ruta de micorrizas para mejorar la eficiencia del uso de N en presencia de N variada.

Este descubrimiento podría conducir a prácticas agrícolas innovadoras que permitan reducir la cantidad de fertilizante nitrogenado requerido para la producción de cultivos, lo que ayudará a reducir los costos de producción y beneficiará al medio ambiente al reducir el uso de agroquímicos.

«En nuestro estudio, mostramos que el transportador de nitrato está contenido en muchas especies de plantas y que es activado por la asociación de micorrizas en el maíz, el sorgo y varias otras especies de plantas», dijo Herrera-Estrella. «Con base en nuestros datos, proponemos que el transporte de nitratos tiene lugar en muchas, si no en la mayoría de las especies de plantas, y que la proteína juega un papel clave en el proceso».

Hace cientos de millones de años, cuando las plantas se trasladaron desde orígenes acuáticos y comenzaron a apoderarse de masas de tierra, su falta de un sistema de raíces fuerte se convirtió en un obstáculo para la obtención de agua y nutrientes. Herrera-Estrella dijo que la evidencia fosilizada mostró que, al principio del proceso evolutivo, las plantas terrestres desarrollaron la relación con los hongos micorrízicos, lo que ayudó a mejorar la aptitud de las plantas hospedantes al facilitar la nutrición mineral y la absorción de agua y al aumentar la tolerancia al estrés biótico y abiótico.

Sin embargo, Herrera-Estrella señaló que investigaciones anteriores han descubierto que la relación simbiótica entre las plantas y los hongos MA es más activa en suelos con baja disponibilidad de fosfato y suprimida en suelos con altos niveles de nutrientes disponibles. Eso significa que los cultivos cultivados que están altamente fertilizados ven un impacto severamente reducido o completamente suprimido de las micorrizas.

El objetivo de la investigación era determinar si las micorrizas podían aportar otros nutrientes como nitrógeno a la planta. La evidencia indirecta ha demostrado que los hongos podrían suministrar a la planta amonio (NH4 +) como fuente de nitrógeno, pero que los microbios del suelo aeróbico lo convierten rápidamente en nitrato (NO3-). Eso significa que en la mayoría de las condiciones del suelo, el nitrato es la forma dominante de N que se suministra a la planta.

Con el fin de probar la capacidad de transferencia de nitrato, los investigadores utilizaron isótopos de nitrógeno para determinar la capacidad de los hongos para tomar nitrato y entregarlo a la planta para su consumo. Los investigadores también identificaron el gen (NPF4.5) que se activa específicamente en las raíces del arroz cuando se unen a los hongos micorrízicos y pudieron identificar el papel de este gen en la entrega de nitratos al producir mutantes de arroz que no tenían este gen transportador.

«Descubrimos que cuando el gen se inactiva, la cantidad de nitrato que la planta puede obtener de los hongos se reduce drásticamente», dijo el Dr. Chen. “Por lo tanto, confirmamos funcionalmente que NPF4.5 era la proteína importante en el transporte de nitrógeno de los hongos a la planta. También usamos la transformación de plantas para generar las plantas de arroz que enriquecen las proteínas NPF4.5 en ausencia de la micorriza. descubrió que estas plantas transgénicas pueden producir más biomasa y mostrar una mayor eficiencia de absorción de nitrógeno que las plantas normales cuando se cultivan en un medio con contenido de nitrato, que tiene un gran potencial para su uso en la agricultura «.

Los investigadores estiman que el arroz que contiene la relación micorrízica entre la planta y los hongos podría recibir más del 40% de su nitrógeno debido a la vía micorrízica y que el gen transportador de nitrato específico, NPF4.5, representó aproximadamente el 45% de la absorción de nitrato micorrízico.

López-Arredondo dijo que los próximos pasos en el proyecto serán probar las plantas transgénicas en condiciones de campo y comprender en profundidad los mecanismos que activan específicamente el gen transportador de nitratos NPF4.5 cuando la planta se une a los hongos, además de descubrir las señales químicas. los hongos envían a la planta para activar específicamente este y otros genes transportadores de nutrientes que probablemente se requieran para esta interacción.

Herrera-Estrella, profesora emérita de Cinvestav en México y miembro de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU. Declaró «Esta es una colaboración interesante y productiva entre Texas Tech y la Universidad Agrícola de Nanjing», «Este tipo de colaboración internacional puede impulsar el avance de Ciencia.»


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