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Nuevo estudio de plantas ahorradoras de agua avanza los esfuerzos para desarrollar cultivos resistentes a la sequía

Nuevo estudio de plantas ahorradoras de agua avanza los esfuerzos para desarrollar cultivos resistentes a la sequía
Kaitlin Palla, estudiante del Centro Bredesen, estudia plantas de agave en el invernadero del Laboratorio Nacional de Oak Ridge como parte de la investigación del laboratorio sobre un modo de fotosíntesis eficiente en el uso del agua llamado metabolismo del ácido crasuláceo o CAM. Crédito: Jason Richards / Laboratorio Nacional de Oak Ridge

Como parte de un esfuerzo por desarrollar cultivos alimentarios y bioenergéticos resistentes a la sequía, los científicos del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía han descubierto los mecanismos genéticos y metabólicos que permiten que ciertas plantas conserven agua y prosperen en climas semiáridos.


por el Laboratorio Nacional Oak Ridge


Las plantas semiáridas como el agave se han adaptado para sobrevivir en áreas con poca lluvia al desarrollar un modo especializado de fotosíntesis llamado metabolismo del ácido crasuláceo o CAM. A diferencia de las plantas en ambientes más húmedos, las plantas CAM absorben y almacenan dióxido de carbono a través de los poros abiertos en sus hojas durante la noche, cuando es menos probable que el agua se evapore. Durante el día, los poros, también llamados estomas, permanecen cerrados mientras la planta usa la luz solar para convertir el dióxido de carbono en energía, minimizando la pérdida de agua.

Los científicos de ORNL están estudiando los mecanismos metabólicos únicos que permiten a las plantas CAM conservar agua, con el objetivo de introducir características de ahorro de agua en cultivos de bioenergía y alimentos . Los resultados del último estudio del equipo, que se centra en el agave, se publican en Nature Plants como artículo de portada de la revista.

El proceso fotosintético CAM, descubierto en la década de 1950, ha seguido siendo en gran parte una curiosidad científica, pero los investigadores ahora lo están examinando como una posible solución para mantener los rendimientos de los cultivos de alimentos y bioenergía durante la escasez de agua y la sequía.

Nuevo estudio de plantas ahorradoras de agua avanza los esfuerzos para desarrollar cultivos resistentes a la sequía
Los científicos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge han descubierto aún más los mecanismos genéticos y metabólicos que permiten que ciertas plantas conserven agua y prosperen en climas semiáridos. Crédito: Katie Palla / Laboratorio Nacional Oak Ridge

«La demanda actual de sistemas agrícolas para proporcionar alimentos, piensos, forrajes, fibras y combustibles exige una investigación más exhaustiva para comprender las complejidades de las plantas CAM», dijo el coautor de ORNL Xiaohan Yang. «A medida que descubrimos cada capa del proceso CAM, nuestros estudios apuntan a acelerar la evolución de los cultivos para darles la capacidad de prosperar en entornos más áridos a medida que la disponibilidad de agua dulce se vuelve limitada».

Para obtener una visión completa del complejo sistema CAM, el equipo utilizó la espectrometría de masas de ORNL para comparar los rasgos moleculares del agave con una planta de control, Arabidopsis , que utiliza un proceso fotosintético más común.

El equipo evaluó el comportamiento genético que indica el movimiento estomático en cada planta durante el mismo período de 24 horas. Su estudio reveló que el momento de la actividad estomática diurna y nocturna variaba significativamente entre el agave y la Arabidopsis . La investigación también identificó qué mecanismos genéticos y metabólicos indican a las plantas CAM que abran y cierren sus estomas. Comprender la sincronización de estas señales será clave para transferir los procesos CAM a cultivos como arroz, maíz, álamo y pasto varilla.

«Se necesitan más investigaciones para comprender cómo este cronometraje molecular regula la CAM, pero los resultados de este estudio proporcionan nuevos conocimientos sobre la complejidad del biodiseño de CAM, con una comprensión integradora de CAM a nivel molecular», Gerald Tuskan, socio corporativo de ORNL y coautor , dicho. «La transferencia de maquinaria molecular CAM a cultivos energéticos facilitaría su despliegue en tierras marginales y simultáneamente reduciría la competencia con los cultivos alimentarios».



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