Una planta de maíz sabe cómo encontrar agua en el suelo con las puntas de sus raíces, pero algunas variedades, incluidas muchas utilizadas para el cultivo de maíz de alto rendimiento en EE. UU., parecen haber perdido parte de esa capacidad, según un estudio dirigido por Stanford.
por la Universidad de Stanford
Con el aumento de las sequías debido al cambio climático, los hallazgos ofrecen potencial para desarrollar variedades de maíz más resilientes.
El estudio, publicado en la revista Science , revela los mecanismos genéticos que subyacen a la hidrogénesis radicular, es decir, cómo las raíces de las plantas se ramifican en busca de agua y evitan los espacios secos del suelo. En particular, los investigadores descubrieron que el etileno, una fitohormona conocida por favorecer la maduración de los plátanos, también influye en el crecimiento de las raíces en busca de agua.
«Las plantas son sofisticadas en su forma de ‘ver’ dónde hay agua en el suelo, y los genes responsables de eso juegan un papel importante al ayudar a la planta a crear un sistema de raíces optimizado para una absorción eficiente del agua», dijo José Dinneny, autor principal del estudio y profesor de biología en la Facultad de Humanidades y Ciencias de Stanford.
En esencia, las plantas utilizan el etileno gaseoso producido por sus raíces para detectar la ubicación de los espacios de aire en el suelo, explicó Dinneny. Luego, regulan la ramificación de las raíces en respuesta a esa hormona.
Raíces en busca de agua
Si bien el laboratorio de Dinneny había revelado previamente la gran sensibilidad que tienen las raíces del maíz para detectar agua, se descubrió que la eficacia con la que una planta logra hacerlo depende en gran medida de la variedad específica de maíz.
Para este estudio, los investigadores desarrollaron una forma nueva y simplificada de estudiar la sensibilidad al agua en las raíces, permitiendo analizar las respuestas de 250 variedades de maíz que reflejan el acervo genético presente en el mejoramiento moderno del maíz.
Descubrieron que las variedades de maíz adaptadas para crecer en zonas tropicales o subtropicales como México eran muy buenas para generar nuevas ramas de raíces en dirección al agua y evitar las zonas secas.
En contraste, las variedades adaptadas a las regiones templadas de Norteamérica frecuentemente desarrollaban raíces en múltiples direcciones, sin distinguir entre zonas secas y húmedas del suelo. Este trabajo fue posible gracias a la colaboración internacional de varios grupos de investigación que aportaron su experiencia en genética cuantitativa, evolución y desarrollo radicular.
El desarrollo del maíz moderno cultivado en Estados Unidos, un cultivo importante que a menudo se cultiva en tierras agrícolas de alta fertilidad, podría haber debilitado la respuesta de las raíces a la búsqueda de agua, según los investigadores. También observaron que las comparaciones con estudios de campo mostraron que una hidrodiseminación más fuerte se relacionaba con una mayor profundidad radicular.
«Curiosamente, las plantas que detectan mejor dónde está el agua también desarrollan sistemas de raíces más profundos», dijo el autor principal, Johannes Scharwies, investigador postdoctoral en el laboratorio de Dinneny.
«Una hipótesis podría ser que si la planta no pierde tiempo desarrollando raíces en lugares donde no encuentra agua ni nutrientes, entonces tiene más energía para crecer a mayor profundidad, donde es más probable que haya agua».
Apuntando a la resiliencia a la sequía
Mediante análisis genéticos, los investigadores descubrieron que dos fitohormonas, la auxina y el etileno, influyen en la respuesta de las raíces del maíz al agua. Si bien ya se sabía que la auxina ayudaba a controlar este proceso, la participación del etileno fue un descubrimiento reciente.
En experimentos con Arabidopsis thaliana , una planta modelo utilizada a menudo en investigaciones, los investigadores descubrieron que las vías de señalización genética de las dos hormonas se complementan entre sí: la señalización de la auxina promueve el desarrollo de las ramas de la raíz hacia el agua, mientras que el etileno suprime la ramificación cuando la raíz está expuesta al aire.
Se necesitan más investigaciones para comprender mejor la interacción de estas vías genéticas antes de que se puedan desarrollar variedades de maíz con sistemas de raíces más resistentes a la sequía, pero los hallazgos subrayan la importancia de estudiar estas respuestas localizadas en las puntas de las raíces, dijo Scharwies.
«Cada punta de raíz actúa como un sensor en el suelo. Buscan agua y nutrientes y controlan la dirección en la que deben crecer las nuevas ramas de la raíz», explicó.
«Necesitamos dedicar más tiempo a observar estas respuestas locales de las raíces para comprender qué hace la planta en su conjunto, y luego podemos usar eso para desarrollar plantas más resilientes a la sequía».
Más información: Johannes D. Scharwies et al., Vías de ramificación radicular sensibles a la humedad identificadas en germoplasma diverso de mejoramiento de maíz, Science (2025). DOI: 10.1126/science.ads5999 . www.science.org/doi/10.1126/science.ads5999
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