La hierba es famosa por su resiliencia. Pero Paspalum vaginatum, una especie mejor conocida como seashore paspalum, puede tolerar tensiones diversas y lo suficientemente letales como para rivalizar con camellos y cactus.
por Scott Schrage, Universidad de Nebraska-Lincoln
¿Salinidad? Todavía vale la pena su sal. ¿Sequía? No sediento. ¿Calor? Sin sudar. ¿Frío? Puede enfriarse.
¿Qué tal 22 jugadores de fútbol corriendo, pateando y deslizándose en la Copa del Mundo de 2022, todo en medio del clima desértico de Medio Oriente? Juego encendido.
Una variedad comercial de seashore paspalum ha rellenado cada cancha en Qatar. Allí, ha resistido todas las pisadas con tacos de acero de Messi, Mbappé y Neymar, todos los días soleados con temperaturas que alcanzan los 80 grados Fahrenheit.
Gracias a un nuevo estudio dirigido por la Universidad de Nebraska-Lincoln y publicado en Nature Communications , seashore paspalum pronto puede ayudar a otro objetivo: cultivar cultivos que produzcan más alimentos con menos fertilizante que impone costos a los agricultores, los ecosistemas y el agua potable.
La aplicación global de fertilizantes, especialmente el nitrógeno y el fósforo esenciales para el crecimiento de las plantas, se ha disparado desde mediados del siglo XX, cuando un adolescente Pelé llevaba a Brasil a su primer título de la Copa del Mundo. Resulta que el seashore paspalum tampoco necesita muchos de esos nutrientes. Eso lo diferencia de algunos de sus parientes sorprendentemente cercanos: el maíz y el sorgo, entre otros cultivos de gramíneas.
Después de secuenciar los planos genéticos completos de la hierba resistente, un equipo de investigación de varias instituciones descubrió la bolsa de trucos detrás de la técnica de ayuno de la planta. Además, los investigadores lograron recrear esos trucos en plántulas de maíz, que respondieron creciendo más rápido y más grandes que otras plántulas no modificadas privadas de los nutrientes.
“Finalmente estamos empezando a comprender qué hace que esta planta sea tan resistente”, dijo James Schnable, uno de los autores del estudio y profesor de agronomía Charles O. Gardner en Nebraska.
La especie realmente comenzó a intrigar a Schnable y sus colegas después de una exhibición impresionante en el Invernadero de Innovación de Nebraska, donde parecía no importarle que sus cuidadores la estuvieran descuidando.
“Hubo un período en el que nadie se acordó de regar la planta de paspalum durante un par de meses”, dijo Schnable. “Pero la planta estaba completamente bien. De hecho, por lo general crece tan rápido que intentará invadir las macetas de las plantas vecinas, y el administrador del invernadero tiene que gritarme a mí o a la gente de mi laboratorio para que bajen y la recorten”. “
Guangchao Sun, ex alumno de doctorado y ex postdoctorado en Nebraska, también se dio cuenta. Decidió poner a prueba la resiliencia del seashore paspalum con un experimento, cultivándolo junto con el maíz y el sorgo durante varias semanas en múltiples condiciones. Cuando al maíz y al sorgo se les negó el nitrógeno o el fósforo, su atrofiado desarrollo lo demostró. El seashore paspalum, por su parte, siguió “creciendo felizmente”.
Afortunadamente, el laboratorio de Schnable también estaba trabajando con el Instituto Conjunto del Genoma del Departamento de Energía, la Universidad de Georgia y el Instituto de Biotecnología HudsonAlpha en el mapeo del genoma de la especie. Esos avances allanaron el camino para estudiar la tolerancia de seashore paspalum con mayor detalle.
Los análisis de sus genes y su expresión génica revelaron más tarde que la hierba responde a la falta de nutrientes duplicando aproximadamente su producción de una molécula azucarada llamada trehalosa. Aunque el maíz y el sorgo producen naturalmente parte de esa molécula, el equipo no vio cambios en su producción entre los dos cultivos hambrientos de nutrientes.
Si bien el hallazgo sugirió que la trehalosa estaba desempeñando un papel central en la resiliencia de la planta, Sun y el equipo presionaron para obtener evidencia que pudiera cumplir con una mayor carga de prueba. “¿Qué pasaría si”, pensaron, “pudiéramos aumentar la trehalosa en el maíz y luego observar los resultados?” Pero la aplicación de trehalosa directamente al cultivo resultó ineficaz.
“Así que lo pensé de la manera opuesta”, dijo Sun, quien ahora trabaja como bioinformática en la Clínica Mayo. “Si no puedo suministrar trehalosa a las plantas, ¿qué pasa si detengo su degradación en esas plantas?”
Recurrió a un antibiótico que puede inhibir la enzima responsable de degradar la trehalosa. El plan funcionó: frenar la enzima aumentó los niveles de trehalosa en el maíz. En cuestión de días, notó que el cultivo crecía más, independientemente de si estaba privado de nutrientes. Los resultados fueron tan sorprendentes para Sun que pronto repitió el experimento varias veces. Cada vez, el maíz respondió de la misma manera.
Pero el equipo tenía motivos para sospechar que la tolerancia también se basaba en la autofagia , lo que Schnable llamó “un programa de reciclaje” en las células vegetales que separa las proteínas viejas o dañadas y luego las vuelve a ensamblar en otras nuevas y funcionales. Finalmente, los investigadores desarrollaron un mutante de maíz que carecía de la capacidad de participar en la etapa final de ese reciclaje. Incluso con un excedente de trehalosa, el mutante no prosperó cuando se le privó de nitrógeno o fósforo, lo que marca la autofagia como una faceta igualmente esencial de la resiliencia.
“Aún quedan otras cosas por hacer”, dijo Sun, antes de que el equipo resuelva el panorama completo de la tolerancia de clase mundial de seashore paspalum. Sin embargo, considera que solo es cuestión de tiempo antes de que los investigadores identifiquen los genes que codifican la trehalosa superior .
“Y si pudiera (introducir) esa región genómica en otras variedades de maíz de élite , por ejemplo, algún maíz que tenga un alto rendimiento pero que sea realmente sensible al estrés nutricional, tal vez ahora obtenga un alto rendimiento y una gran resiliencia”, dijo.
Por ahora, Sun dijo que está contento de disfrutar del logro del equipo. Al más puro estilo de la Copa del Mundo, saber que el estudio del equipo había sido aceptado para su publicación provocó algunas lágrimas, algunos abrazos. ¿Y por qué no? Es posible que la clasificación para la Copa del Mundo de 2022 haya comenzado en 2019, pero el equipo de investigación se había embarcado en su proyecto un año antes.
“Este fue un viaje largo, largo”, dijo Sun. “Honestamente, también aumentó mi resiliencia”.
Más información: Guangchao Sun et al, Genoma de Paspalum vaginatum y el papel de la autofagia mediada por trehalosa en el aumento de la biomasa del maíz, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-35507-8
