El déficit de agua es actualmente uno de los factores limitantes más importantes para la productividad agrícola mundial, un factor exacerbado aún más por el cambio climático global, según un informe sobre el agua de 2019 de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO).
por Amanda Nguyen, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign
Como resultado, los investigadores de todo el mundo han estado trabajando para mejorar la eficiencia del uso del agua en los cultivos para hacer frente mejor a las condiciones de escasez de agua.
En un estudio reciente publicado en el Journal of Experimental Botany , un equipo de la Universidad de Illinois, el Centro Volcani (Organización de Investigación Agrícola, Israel) y la Universidad de Cambridge descubrió que al sobreexpresar una enzima sensible al azúcar, llamada hexoquinasa, en plantas de tabaco cultivadas en el campo , podrían mejorar la eficiencia intrínseca del uso del agua (iWUE) sin disminuir las tasas fotosintéticas o la producción de biomasa.
El tabaco se utilizó como cultivo modelo porque es relativamente fácil trabajar con él en el laboratorio, el invernadero y el campo. Los resultados en este cultivo se pueden ver a un ritmo mucho más rápido que en los cultivos alimentarios , que son más difíciles y consumen más tiempo para modificar y cultivar. Por lo tanto, se eligió el tabaco como cultivo de prueba inicial para ver si se podían probar resultados similares. Después de mostrar el éxito en el cultivo modelo, los investigadores pueden reflejar con confianza los desarrollos en los cultivos alimentarios , como la yuca, el caupí, el arroz y la soja.
Este estudio demuestra el potencial para generar plantas con un uso de agua más conservador a lo largo de la temporada de crecimiento en condiciones de campo y una limitación de agua moderada, sin una penalización significativa en el rendimiento. Para los agricultores, esto podría disminuir el agotamiento del agua del suelo durante la temporada de crecimiento y reducir la dependencia del riego.
Este trabajo es parte de Realizar una mayor eficiencia fotosintética (RIPE), un proyecto de investigación internacional que tiene como objetivo aumentar la producción mundial de alimentos mediante el desarrollo de cultivos alimentarios que conviertan la energía del sol en alimentos de manera más eficiente.
Durante la fotosíntesis, las plantas abren pequeños poros en sus hojas, llamados estomas, para absorber CO₂. Sin embargo, cuando los poros están abiertos, también se permite que el agua escape a través de la transpiración. Esto deja a las plantas con una compensación entre perder demasiada agua por absorber CO₂.
“Los poros estomáticos consisten en un par de células protectoras que controlan la apertura y el cierre de los poros”, dijo Liana Acevedo-Siaca, quien dirigió este estudio en Illinois durante su tiempo como investigadora postdoctoral. “Estudios anteriores han demostrado que la manipulación genética de los elementos de señal que desencadenan el movimiento de los estomas, como la sobreexpresión de Arabidopsis hexoquinasa 1 (AtHXK1) en las células protectoras, puede estimular el cierre de los estomas y ajustar esa compensación para las plantas”. Acevedo-Siaca ahora trabaja como científica asociada en el Programa Global de Trigo en el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) en México.
Anteriormente se demostró que la expresión de AtHXK1 dirigida a las células protectoras puede mejorar la WUE en los cultivos, así como su tolerancia a las condiciones de sequía y al estrés por salinidad porque la hexoquinasa envía señales a los poros de que hay suficiente azúcar, lo que elimina la necesidad de fijar más CO₂. Sin embargo, estos estudios previos solo se evaluaron en cultivos cultivados en ambientes controlados, como invernaderos.
“Para mejorar nuestra comprensión de los beneficios potenciales de AtHXK1 dirigido a células protectoras, nuestro estudio utilizó dos líneas transgénicas homocigotas que expresaban AtHXK1 y una línea que tenía una sobreexpresión de AtHXK1 dirigida a células protectoras que se evaluaron en relación con las líneas cultivadas en campo de tipo salvaje. tabaco para evaluar WUE en busca de rasgos relacionados con la fotosíntesis y el rendimiento”, dijo Johannes Kromdijk, profesor asistente de la Universidad de Cambridge, quien comenzó este estudio en 2018.
“Nuestros resultados confirmaron que la sobreexpresión constitutiva de AtHXK1 disminuye la productividad. También demostramos que la sobreexpresión de AtHXK1 dirigida a células protectoras podría mejorar el iWUE en relación con el tipo salvaje sin afectar negativamente la asimilación de CO₂. Aún así, esta diferencia dependía en gran medida de la edad de la hoja, y Las lluvias recientes podrían eliminar las diferencias en el rendimiento”.
Más información: Liana G Acevedo-Siaca et al, La sobreexpresión de hexoquinasa 1 de Arabidopsis dirigida por células protectoras puede mejorar la eficiencia del uso del agua en plantas de tabaco cultivadas en el campo,
Journal of Experimental Botany (2022). DOI: 10.1093/jxb/erac218
