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Utilizando la multiómica en un campo agrícola, los científicos descubren que el nitrógeno orgánico juega un papel clave


Investigadores de una colaboración liderada por el Centro Científico RIKEN BioResource en Japón han analizado los sistemas agrícolas utilizando un enfoque multiómico y han digitalizado con éxito las complejas interacciones entre plantas, microbios y suelo en un campo agrícola.


por RIKEN


Usando el nuevo enfoque, hicieron el sorprendente hallazgo de que el nitrógeno orgánico juega un papel clave en la promoción del crecimiento de las plantas. El estudio, publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences , podría allanar el camino hacia prácticas agrícolas más sostenibles.

En 1840, el científico alemán Justus von Liebig propuso que las plantas necesitaban el aporte de minerales, en particular nitrógeno, para crecer correctamente. Luego, a principios del siglo XX, el desarrollo del proceso Haber-Bosch hizo posible producir grandes cantidades de fertilizantes nitrogenados, revolucionando la agricultura. Sin embargo, ha habido un precio. Los fertilizantes suelen utilizar nitrógeno inorgánico, que se filtra a través del suelo hacia el agua y produce contaminación.

Como respuesta a esto, se están explorando varias formas de promover el crecimiento de las plantas sin fertilizantes dañinos. Uno es un método llamado «solarización del suelo», que consiste en colocar láminas de plástico sobre un campo para atrapar el calor del sol. Esto eleva la temperatura del suelo y se cree que ayuda a prevenir las malas hierbas y los parásitos que obstaculizan el crecimiento de las plantas. Sin embargo, el mecanismo que promueve el crecimiento de las plantas no se comprende completamente.

Para averiguar por qué funciona la solarización, el equipo dirigido por RIKEN creó un experimento en el que utilizaron una multitud de métodos «ómicos»: observar el metaboloma (un examen de varios metabolitos), el ionoma (observar la distribución de elementos), el microbioma (un estudio completo del perfil microbiano) y fenoma (un examen de los fenotipos de las plantas): para examinar un campo agrícola experimental. El campo, que se utilizó para cultivar espinaca mostaza japonesa (Brassica rapa Var. Perviridis), se dividió en secciones donde se utilizó solarización y una no solarizada. Estas secciones se dividieron en áreas a las que se les dio abono o fertilizante químico.

Los resultados confirmaron estudios previos, mostrando que el área solarizada tenía menos malezas y aumentaba el peso de los brotes de plantas. Las plantas en sí tenían características similares, como el contenido de azúcar y la forma de las hojas, independientemente de si se cultivaron en el área solarizada o no, lo que llevó a los investigadores a suponer que la diferencia estaba relacionada con la nutrición del suelo. Sorprendentemente, cuando los investigadores hicieron un análisis de compuestos y elementos en el suelo, encontraron que no había diferencia en la concentración de nitrógeno inorgánico entre el campo solarizado y el no solarizado. El análisis de la redel uso de información digitalizada del campo agrícola mediante multiómica les llevó a sospechar que de alguna manera fuentes de nitrógeno orgánico, como los aminoácidos, estaban impulsando el crecimiento. También encontraron diferencias en las bacterias que crecen en las raíces de las plantas, conocidas como rizosfera, que son importantes para hacer que el nitrógeno esté disponible para las plantas.

Aunque pudieron determinar la importancia del nitrógeno orgánico, aún no está claro en qué forma sucede esto. Para realizar más pruebas, plantaron semillas en un entorno libre de gérmenes y dijeron que el crecimiento aún se mantenía, lo que implica que las plantas absorbían nitrógeno orgánico directamente. También encontraron que ciertas formas de nitrógeno orgánico , a saber, colina y alanina, estimulaban el crecimiento incluso en concentraciones muy bajas, lo que implica que también actúan como compuestos biológicamente activos que promueven el crecimiento.

Según Yasunori Ichihashi, el autor correspondiente del estudio, «La digitalización de los agroecosistemas mediante la multiómica es una herramienta muy poderosa para extraer información clave con el fin de mejorar la producción de cultivos. Nuestros hallazgos implican que, contrariamente a la creencia arraigada de que la nutrición mineral era lo más importante para el crecimiento de las plantas , el nitrógeno orgánico también puede contribuir a la nutrición de las plantas. Esto podría allanar el camino para reducir el uso de fertilizantes químicos en la producción de cultivos futuros, ayudando a alcanzar uno de los importantes Objetivos de Desarrollo Sostenible «.


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