Agricultura Botánica y Genética Estados Unidos

Métodos en botánica subterránea



Los sistemas de raíces de plantas juegan un papel crucial en los ecosistemas, impactando radicalmente todo, desde el ciclo de nutrientes hasta la composición de especies. 


por la Sociedad Botánica de América


A pesar de su importancia, los científicos apenas comienzan a desarrollar las herramientas para comprender cómo están estructurados estos complejos sistemas, cómo funcionan y cómo se relacionan la estructura y la función. 

Gran parte de la investigación sobre los sistemas raíz de hoy utiliza nuevas tecnologías sofisticadas para abordar preguntas y descripciones básicas. Un número especial reciente de Aplicaciones en Ciencias de las Plantas contiene seis documentos de vanguardia de la ciencia de la raíz, que exploran preguntas desde el nivel subcelular hasta el ecosistema.

Debido a que la investigación en los sistemas raíz es relativamente nueva, mucha investigación todavía está en el ámbito de la descripción. Por ejemplo, Kengkanna et al. (2019) evalúan la estructura de la raíz en yuca, refinando qué variables podrían ser agronómicamente importantes y, por lo tanto, podrían servir como objetivo para los programas de mejoramiento. 

Lo hacen usando una herramienta llamada imagen digital de rasgos de raíz (DIRT), un método de alto rendimiento para calificar fenotipos de raíz que tiene solo cinco años. 

«En áreas donde la sequía es o ya se ha vuelto más prominente, [DIRT] hace posible que los programas de mejoramiento tengan como objetivo los rasgos de la raíz que pueden ser críticos para lograr un mayor rendimiento con un suministro de agua limitado», dijo el Dr. Gregory Pec, investigador asociado postdoctoral. en la Universidad de New Hampshire y coeditor de este número especial.

Otras investigaciones actuales sobre el sistema de raíces apuntan a preguntas básicas y fundamentales, tales como: ¿los microbios que crecen bajo una especie de árbol en particular están mejor adaptados para descomponer la hojarasca de esa especie? 

Esta idea, conocida como la hipótesis de la ventaja de campo local, fue probada por Martini et al. (2019); Los autores encontraron que la respuesta podría ser un poco más complicada, dependiendo de la composición de especies a pequeña escala y qué nutriente está bajo investigación.

Metzler y col. (2019) abordan la pregunta: dada una muestra mixta de suelo que contiene muchas raíces, ¿cómo se puede determinar qué raíces pertenecen a qué especies de manera eficiente? 

Los autores utilizan polimorfismos fluorescentes amplificados de longitud de fragmento (pequeños segmentos de ADN marcados con fluorescencia) para determinar las identidades de especies de múltiples raíces en muestras mixtas simultáneamente, reduciendo drásticamente el costo y el tiempo con respecto a los métodos de secuenciación de Sanger anteriores. 

En el proceso, proporcionan perfiles de tamaño de raíz para 193 especies, duplicando efectivamente la base de datos existente. Las herramientas genéticas han hecho avanzar la investigación del sistema de raíces en muchos frentes, además de identificar qué raíces pertenecen a qué especies.

Un área de particular promesa para la investigación genética es comprender y mapear la diversidad microbiana del suelo. «El uso de enfoques tradicionales basados ​​en el cultivo para examinar la dinámica de la raíz microbiana del suelo ha demostrado ser un desafío ya que estos métodos recuperan una pequeña fracción de la diversidad total. Sin embargo, los avances tecnológicos en la última década han permitido estos complejos y a menudo dependientes del contexto interacciones a investigar «, dijo el Dr. Pec.

En este número, se agrega una dimensión histórica a esta investigación genética en las asociaciones de microbios de raíz, ya que Heberling y Burke (2019) presentan investigaciones para investigar y cuantificar las comunidades de hongos micorrícicos arbusculares en especímenes históricos de herbario. Esta reconstrucción de las interacciones históricas entre plantas y microbios puede ayudarnos a comprender cómo el cambio climático ha impactado los ecosistemas forestales.

La investigación en los sistemas de raíz se descuidó durante décadas debido a la dificultad de estudiar estos sistemas subterráneos delicados, complejos. Hoy en día, a medida que las mejoras en la tecnología han hecho que esta investigación sea mucho más factible, el interés en los sistemas de raíz está creciendo y las bases de datos están comenzando a llenarse de datos de referencia importantes como la estructura de raíz y los perfiles de tamaño, y las asociaciones microbianas. 

«Nuestra comprensión de las relaciones estructura-función de la raíz a menudo es limitada debido a los desafíos metodológicos asociados con la naturaleza oculta de las raíces en los suelos», dijo el Dr. Pec. «En la década de 1990, los ecologistas de plantas comenzaron a analizar la competencia subterránea y las distribuciones de biomasa de la raíz, pero esto no requería una nueva metodología.

La ecología realmente despegó. Sin embargo, antes de eso, la mayoría de las investigaciones realizadas por los principales científicos de plantas no estaban centradas en las raíces «.

Eso esta empezando a cambiar.


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