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Biólogos descubren cómo desarrollar plantas que “respiren” bajo el agua en inundaciones

campo inundado

Describen la serie de eventos moleculares que se desencadenan las plantas durante una inundación y los genes involucrados. Estos podrían ser introducidos y mejorados en cultivos agrícolas para resistir las inundaciones causadas en ciertas regiones por el cambio climático.

Los científicos de la Universidad de Utrecht (Países Bajos) han descubierto cómo algunas plantas pueden detectar rápidamente que están bajo el agua cuando se inundan e iniciar procesos que evitan que se ahoguen. Las inundaciones causan pérdidas de rendimiento generalizadas anualmente debido a la extrema sensibilidad a las inundaciones de la mayoría de los cultivos principales.

En un estudio publicado en Nature Communications, los investigadores demuestran cómo las plantas usan la hormona gaseosa etileno como señal para desencadenar reacciones de supervivencia bajo el agua. La identificación de este mecanismo de señalización y los genes involucrados pueden allanar el camino hacia el desarrollo de cultivos resistentes al estrés y a prueba de inundaciones que puedan mantener los rendimientos incluso bajo condiciones estresantes.

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El cambio climático actual da como resultado una mayor incidencia no solo de sequía y olas de calor, sino que también aumenta la precipitación y un mayor riesgo de inundación. Este es un problema importante para los cultivos. Al igual que los humanos, las plantas necesitan oxígeno para sobrevivir y la falta de este agua bajo el agua hace que se asfixien. El devastador impacto agrícola de las inundaciones es, por lo tanto, tan inmenso como otros fenómenos meteorológicos extremos, como la sequía.

Arabidopsis thaliana inundación
La especie vegetal Arabidopsis thaliana después de haber estado expuesta a condiciones de bajo oxígeno. La fila inferior de plantas recibió un pretratamiento con etileno, lo que provocó el “mecanismo anticipatorio de hipoxia” que hace que entren en modo de supervivencia más rápido.

Por ejemplo, la inundación de un campo de papa puede causar una pérdida total de rendimiento en solo 24 horas. Por lo tanto, es absolutamente esencial comprender los mecanismos de resiliencia de las plantas para avanzar hacia cultivos resistentes a las inundaciones. Esto puede marcar una gran diferencia con respecto a la seguridad alimentaria y la mitigación de grandes pérdidas económicas.

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Respuesta de supervivencia

“Si las plantas pueden detectar rápidamente que están inundadas, pueden iniciar procesos que aumentan sus posibilidades de supervivencia. Una estrategia, por ejemplo, es la llamada respuesta de snorkel, en la que las hojas y los tallos aumentan el crecimiento hacia arriba para emerger del agua y restablecer el contacto con el aire. Otra estrategia es suprimir el crecimiento y el metabolismo para minimizar el consumo de oxígeno y energía hasta que retrocedan las inundaciones“, dice el primer autor Sjon Hartman, biólogo de plantas del grupo de Ecofisiología Vegetal de la Universidad de Utrecht.

“Recientemente demostramos que la hormona gaseosa de la planta, el etileno, juega un papel muy importante en esto. El etileno atrapado en las células de las plantas inundadas sirve como señal de inundación para la planta” agrega.

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Junto con colegas de Nijmegen, Dinamarca, el Reino Unido y los Estados Unidos, los investigadores ahora informan sus hallazgos en Nature Communications y describen la serie de eventos moleculares que se desencadenan en una inundación en las plantas y los genes involucrados. Demuestran que la acumulación de etileno en las plantas inundadas desencadena una respuesta de supervivencia en las plantas en una etapa temprana, incluso antes de que los niveles de oxígeno realmente bajen. “Esto es muy útil: una planta que entra en modo de supervivencia temprano puede durar más tiempo bajo el agua y eso puede marcar la diferencia entre la vida y la muerte“, dice Hartman.

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Cultivos a prueba del futuro

El descubrimiento de este mecanismo de tolerancia tiene un gran potencial para el desarrollo futuro de cultivos tolerantes a las inundaciones. “Ahora que conocemos los genes asociados con la supervivencia a las inundaciones, podemos introducirlos nuevamente en las plantas que carecen de ellos y así programar las plantas inundadas para que entren en modo de supervivencia antes“, dicen los líderes de investigación, el Dr. Rashmi Sasidharan y el Prof. Rens Voesenek de la Universidad de Utrecht. .

“Esto nos permitirá hacer cultivos a prueba del futuro que puedan resistir mejor las inundaciones”.

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