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Granos bajo el agua: nuevo estudio abre la puerta a cultivos resistentes a las inundaciones

cultivos resistentes a inundaciones
Las plántulas de arroz, que son las primeras en responder a una inundación, reaccionan ante una inmersión completa. Crédito: Germain Pauluzzi/UCR

Un equipo internacional de científicos estudia los genes que permiten al cultivo del arroz sobrevivir bajo el agua, una cualidad que otros cultivos importantes han perdido pero que podrían recuperar mediante biotecnología.

En los principales cultivos alimentarios, actualmente solo el arroz puede sobrevivir a las inundaciones. Gracias a una nueva investigación, eso podría cambiar pronto: buenas noticias para un mundo en el que las inundaciones por lluvias excesivas están aumentando tanto en frecuencia como en intensidad en ciertas regiones del planeta.

La investigación, publicada en Science, estudió cómo otros cultivos se comparan con el arroz cuando se sumergen en agua. Descubrió que las plantas (un tomate silvestre, un tomate comercial y una planta similar a la alfalfa), comparten al menos 68 familias de genes en común que se activan en respuesta a las inundaciones.

El arroz fue domesticado desde especies silvestres que crecieron en regiones tropicales, donde se adaptó para soportar monzones y anegamientos. Algunos de los genes involucrados en esa adaptación existen en las otras plantas pero no han evolucionado para activarse cuando las raíces se inundan.

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“Esperamos aprovechar lo que aprendimos sobre el arroz para ayudar a activar los genes en otras plantas que podrían ayudarlas a sobrevivir el anegamiento”, dijo la directora del estudio, Julia Bailey-Serres, profesora de genética de UC Riverside.

En el estudio, el equipo examinó las células que residen en las puntas de las raíces de la planta, ya que las raíces son las primeras en responder a una inundación. Las puntas de las raíces y los brotes también son el lugar donde reside el principal potencial de crecimiento de una planta. Estas regiones contienen células que pueden ayudar a una planta a ser más resistente a las inundaciones.

arroz bajo el agua
El estudiante de UC Riverside, Sean Cabanlit, recolecta muestras de tejido de raíces de arroz sumergidas bajo el agua. (Julia Bailey-Serres/UCR)

Profundizando aún más, el equipo analizó los genes en estas células de la punta de la raíz, para comprender si sus genes se activaron cuando estaban cubiertos con agua y privados de oxígeno, y además el cómo lo hicieron.

“Observamos la forma en que el ADN instruye a una célula para crear una respuesta de estrés particular en un nivel de detalle sin precedentes”, dijo uno de los investigadores principales, Mauricio Reynoso de UC Riverside.

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“Esta es la primera vez que se analiza una respuesta a las inundaciones de una manera tan integral, a través de especies evolutivamente diferentes”, agregó el coautor del estudio, Siobhan Brady, profesor asociado de biología de plantas en UC Davis.

Los genes involucrados en las adaptaciones de inundación se denominan “submergence up-regulated families” (SURF). “Dado que la evolución separó a los antepasados ​​del arroz y estas otras especies hace 180 millones de años, no esperábamos encontrar 68 SURF en común”, dijo la coautora Neelima Sinha, profesora de biología de plantas en UC Davis.

El estudio fue una colaboración internacional financiada por el Programa de Investigación del Genoma Vegetal de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos. Participaron investigadores de UC Davis, así como Emory, la Universidad Nacional de La Plata de Argentina y la Universidad de Utrecht de Holanda.

Mientras que los investigadores de UC Riverside realizaron experimentos de inundación y análisis de genomas de plantas de arroz, los científicos de Davis hicieron lo mismo con las especies de tomate, mientras que el trabajo de plantas de tipo alfalfa se realizó en Emory.

Aunque los SURF se activaron en todas las plantas durante los experimentos de inundación, sus respuestas genéticas no fueron tan efectivas como en el arroz. La especie de tomate silvestre que crece en el suelo del desierto se marchitó y murió cuando se inundó.

El cambio climático también produce períodos de sequía excesiva, y también se están realizando esfuerzos separados para examinar la resistencia de los cultivos a esas condiciones. Sin embargo, Bailey-Serres dijo que las respuestas a las inundaciones son poco estudiadas en comparación con la sequía, lo que hace que este trabajo sea aún más importante.

El grupo ahora está planeando estudios adicionales para mejorar las tasas de supervivencia de las plantas que actualmente mueren y se pudren por el exceso de agua.

Este año no es el primero en el que las lluvias excesivas han impedido que los agricultores puedan plantar cultivos como el maíz, la soya y la alfalfa. Las inundaciones también han dañado la calidad de los cultivos que pudieron cultivar. A medida que el clima continúa cambiando, es probable que esta tendencia continúe. Sin esfuerzos para garantizar que nuestros cultivos se adapten, la seguridad del suministro de alimentos del mundo está en riesgo.

“Imagine un mundo donde los niños no tienen suficientes calorías y nutrientes para desarrollarse”, dijo Bailey-Serres. “Nosotros, como científicos, tenemos la urgencia de ayudar a las plantas a resistir las inundaciones, para garantizar la seguridad alimentaria para el futuro”.

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