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Planta de hielo para ayudar a combatir los efectos del calentamiento global en los cultivos bioenergéticos

Planta de hielo para ayudar a combatir los efectos del calentamiento global en los cultivos bioenergéticos
El bioquímico y biólogo molecular John Cushman de la Universidad de Nevada, Reno, fotografiado aquí con plantas de orquídeas que está estudiando, creará un atlas de genes para la planta de hielo común que ayudará a encontrar formas de permitir que las materias primas bioenergéticas toleren mejor la salinidad y la sequía. Crédito: Universidad de Nevada, Reno

La modesta planta de hielo podría convertirse en un arma ingeniosa en la lucha contra un clima cálido que amenaza con limitar las regiones aptas para el cultivo de biocombustibles. 


por la Universidad de Nevada, Reno


El bioquímico y biólogo molecular John Cushman de la Universidad de Nevada, Reno, creará un atlas de genes para la planta de hielo común que ayudará a encontrar formas de permitir que las materias primas bioenergéticas toleren mejor la salinidad y la sequía.

El laboratorio de Cushman está analizando la genómica funcional del metabolismo del ácido crasuláceo, o CAM, una vía fotosintética que conserva el agua y que ayuda a las plantas a sobrevivir en climas áridos estacionalmente o con suministro de agua intermitente. El Joint Genome Institute eligió la investigación de Cushman con la planta de hielo como uno de los 37 proyectos de su Programa de Ciencia Comunitaria. El Instituto realiza una competencia anual del Programa de Ciencias de la Comunidad entre investigadores que están explorando soluciones a los desafíos energéticos y ambientales.

«El objetivo del programa del genoma insignia de la planta es básicamente crear atlas de genes para una serie de cultivos objetivo que son importantes para la misión del DOE (Departamento de Energía) como materias primas para bioenergía», dijo Cushman. «Pero estas especies seleccionadas también incluyen plantas modelo que crecen rápidamente y son fáciles de estudiar para mejorar nuestra comprensión de la función genética».

Los objetivos de investigación del laboratorio de Cushman son comprender cómo el estrés ambiental y el reloj circadiano controlan la expresión de CAM. Los miembros del laboratorio realizan análisis integrados de transcriptoma, proteoma y metaboloma utilizando la planta de hielo, que puede sobrevivir en condiciones ambientales extremadamente duras.

«Es realmente simple», dijo Cushman. «Liberamos dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero a la atmósfera y las temperaturas promedio en todo el mundo aumentan. Más calor conduce a un mayor secado del suelo y más pérdida de agua de las plantas para que puedan mantenerse frescas, lo cual conduce a una mayor probabilidad de estrés por sequía . Entonces, una de las predicciones del calentamiento global es que con todo este calentamiento, vamos a necesitar desarrollar más plantas tolerantes a la sequía en un futuro muy cercano «.

La planta de hielo, que se originó en el desierto de Namibia en África, es importante como la primera especie de planta reportada que podría ser inducida a cambiar de la fotosíntesis C3 (que ocurre durante el día) a la fotosíntesis CAM (que ocurre por la noche) después de estrés por salinidad o agua. -Tratamiento de déficit. Las plantas CAM son de cinco a seis veces más eficientes en el uso de agua que las plantas de fotosíntesis C3.

Planta de hielo para ayudar a combatir los efectos del calentamiento global en los cultivos bioenergéticos
La modesta planta de hielo podría convertirse en un arma ingeniosa en la lucha contra un clima cálido que amenaza con limitar las regiones aptas para el cultivo de biocombustibles. El bioquímico y biólogo molecular John Cushman de la Universidad de Nevada, Reno, creará un atlas de genes para la planta de hielo común que ayudará a encontrar formas de permitir que las materias primas bioenergéticas toleren mejor la salinidad y la sequía. Crédito: John Cushman, Universidad de Nevada, Reno.

«Catalogaremos patrones de expresión génica para saber exactamente qué genes son importantes para realizar CAM, y por eso la planta de hielo es un modelo tan importante, y por eso el DOE está interesado en ella», dijo Cushman. «Así que ahora, podemos tomar esos genes y rediseñarlos de nuevo a una planta de fotosíntesis C3 como el trigo o el arroz, o una materia prima de bioenergía leñosa como el álamo, y esperamos hacer que esos usos sean más eficientes».

El proyecto de Cushman está en curso y dijo que se necesitarían varios años más para comprender completamente cómo estas plantas toleran la sequía y el calor, y qué podría contribuir la investigación para mejorar los biocombustibles y también la seguridad de los cultivos alimentarios. La asociación del proyecto con el Joint Genome Institute proporcionará acceso a recursos e instalaciones de última generación para que su laboratorio continúe con esta investigación.

«Estos nuevos proyectos de CSP, seleccionados a través de nuestro proceso de revisión externa, explotan las capacidades ‘ómicas’ experimentales y analíticas de JGI y construyen nuestra cartera en áreas de enfoque clave, incluida la producción de bioenergía sostenible, microbiomas vegetales y biogeoquímica terrestre», Susannah Tringe, Adjunta de Programas de Usuario de DOE JGI , dijo en el anuncio de la Cartera de Ciencias de la Comunidad 2017.

«Nuestro proyecto, y el proyecto CSP de nuestros colaboradores en los Laboratorios Nacionales Oak Ridge y las Universidades de Liverpool y Newcastle en el Reino Unido, en otra especie modelo CAM llamada Kalanchoe, es entender CAM», dice Cushman. «CAM está presente en más del seis por ciento de todas las especies de plantas vasculares en 36 familias de plantas diferentes, por lo que es una adaptación ecológica bastante extendida».

Cushman recibió su licenciatura de Ursinus College en Collegeville, Pensilvania, y su maestría y doctorado de la Universidad de Rutgers, New Brunswick, Nueva Jersey. Ha estado en la Universidad de Nevada, Reno desde 2000, es profesor de la Fundación en la Facultad de Agricultura, Biotecnología y Recursos Naturales y se desempeña como director del Programa de Posgrado en Bioquímica. Ha sido nombrado Investigador del Año 2017 por el Sistema de Educación Superior de Nevada.

Cushman está liderando la Iniciativa de Agricultura Sostenible de Tierras Secas de la Universidad que busca optimizar la producción de cultivos en condiciones de tierras secas mediante el desarrollo de sistemas de producción agrícola de tierras secas, mejorando el uso eficiente de los recursos no renovables y los recursos agrícolas, e integrando, cuando corresponda, los ciclos y controles biológicos naturales, y abordar los desafíos relacionados con el clima y la producción para la seguridad de los alimentos, los piensos y las fibras para las generaciones futuras.



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