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Raíz oxidada: el arroz maleza evoluciona repetidamente los rasgos de la raíz del «tramposo»


El arroz maleza no es arroz salvaje ni arroz cultivado, pero el arroz se ha deshecho y ha arrojado algunos rasgos importantes para las personas. También es una maleza increíblemente agresiva y potencialmente perjudicial que aparece casi en todas partes donde se cultiva arroz, y puede reducir el rendimiento de los cultivos en más del 80 por ciento si invade un campo.


Talia Ogliore, Universidad de Washington en St. Louis


Investigadores de la Universidad de Washington en St. Louis y el Donald Danforth Plant Science Center utilizaron una nueva técnica de imágenes para revelar una estrategia de adquisición que ha funcionado para la maleza del arroz una y otra vez: raíces que minimizan el contacto subterráneo con otras plantas.

«Weedy rice pudo haber desarrollado una estrategia de crecimiento de raíces ‘tramposo’ que podría permitirle explotar el ambiente del suelo que comparte nutrientes en los campos de arroz», dijo Kenneth M. Olsen, profesor de biología en Artes y Ciencias en Washington. Universidad y autor principal en un nuevo artículo en New Phytologist que relata sus hallazgos.

«Tendemos a pensar que la competencia ocurre sobre la superficie porque esa es la parte de la planta que vemos. Pero eso es solo la mitad de la planta», dijo Olsen. «Es la ‘mitad oculta’, es decir, el sistema de raíces, que desempeña un papel fundamental en algunos de los aspectos más importantes del crecimiento y la supervivencia de las plantas, incluida la captación de agua y la competencia por nutrientes esenciales como el nitrógeno y el fósforo».

Según algunas estimaciones, el crecimiento de la raíz es en realidad un factor determinante más importante del éxito competitivo que el crecimiento por encima del suelo, dijo Olsen.

«Esto parece ser particularmente cierto para las malezas agrícolas, como el arroz maleza, que compite con las variedades de cultivos en los campos agrícolas», dijo.

Una mirada subterranea

Los científicos apenas están comenzando a obtener sus primeros visiones realistas de cómo el crecimiento de la raíz y las interacciones de la raíz debajo del suelo afectan la capacidad de una planta para competir por los recursos. En el pasado, no podían obtener un aspecto decente de un sistema de raíces sin desenterrarlo, lo que inevitablemente lo dañaba, o al cultivar plantas en condiciones muy artificiales, como emparedadas entre dos placas de vidrio.

Para este estudio, los investigadores compararon las raíces de dos tipos de arroz maleza de evolución independiente que se producen en los mismos campos de arroz en el sur de los Estados Unidos. Usando nuevas técnicas de imagen, incluido un enfoque de tomografía óptica semiautomática desarrollado por Christopher Topp en el Centro de Ciencia de Plantas Donald Danforth, los investigadores tomaron más de 70 fotografías de los sistemas de raíces de cada una de 671 plantas diferentes de arroz de malezas . Luego modelaron las imágenes en 3D para crear mapas digitales de 360 ​​grados de sus raíces.

Los investigadores utilizaron una variedad de algoritmos que desarrollaron para analizar 98 rasgos físicos, incluidos la profundidad de la raíz, el ancho del sistema de la raíz , ciertos rasgos de exploración y los ángulos del suelo.

También realizaron análisis genéticos para rastrear los caminos separados de las malezas desde sus pasados ​​domesticados hasta su estado de persona no grata en los campos de arroz de hoy.

«La selección natural dice que ellos (los dos tipos de arroz maleza) deben responder a este entorno mediante la evolución de rasgos similares», dijo Marshall J. Wedger, Ph.D. Candidato en el laboratorio de Olsen y primer autor del artículo. «Evolucionaron rasgos similares en respuesta a presiones ambientales similares, pero lo hicieron utilizando mecanismos genéticos muy diferentes».

El nuevo estudio muestra cómo dos cepas de arroz maleza desarrolladas independientemente han llegado convergentemente a un patrón similar de crecimiento de la raíz que puede jugar un papel en su capacidad para competir con el arroz cultivado por los nutrientes del suelo.

«Al observar las bases genéticas de la evolución del arroz maleza , podemos ver si, a nivel genético, hay más de una forma de desarrollar una maleza», dijo Olsen. «Lo que encontramos, tanto para los rasgos de superficie como ahora con este estudio para los rasgos de superficie, es que la respuesta es un sí definitivo».

«En otras palabras, es desconcertantemente fácil desarrollar una maleza de un cultivo domesticado», dijo Olsen. «Esto puede ocurrir varias veces independientemente de diferentes variedades de cultivos».


Más información: Marshall J. Wedger et al, Evolución convergente de la arquitectura del sistema radicular en dos linajes evolucionados independientemente de Weedy Rice, New Phytologist(2019). DOI: 10.1111 / nph.15791Información del diario: Nuevo fitólogoProporcionado por la Universidad de Washington en St. Louis


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