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Investigación chileno-argentina sienta las bases moleculares para el desarrollo de cultivos climáticamente inteligentes

Dos laboratorios trabajaron colaborativamente, liderados por el Dr. José Estevez y por el investigador Federico Ariel, logrando publicar sus resultados en la prestigiosa revista académica Molecular Plant.  Lograron identificar mecanismos que aumentan la capacidad de las raíces de las plantas para absorber agua y nutrientes del suelo en condiciones de bajas temperaturas.

CienciaenChile / 22 de marzo, 2021.- El investigador José Estevez del Centro de Biotecnología Vegetal (CBV) de la Universidad Andrés Bello, del Instituto Milenio de Biología Integrativa iBio (Chile)/ FIL-IIBBA (Argentina) e investigador Federico Ariel del Instituto de Agrobiotecnología del Litoral (IAL/UNL-CONICET, Argentina), trabajaron de manera colaborativa uniendo sus conocimientos y especialidades. La investigación colaborativa nació a fines del 2018 y gracias al intenso ritmo de trabajo pese a los tiempos de pandemia logramos publicarla en marzo de 2021.

En el laboratorio Dr. Estevez estudian los factores que regulan el crecimiento de las células llamadas pelos radicales, que son estructuras de las raíces de las plantas encargadas de absorber agua y nutrientes del suelo, así como también de la interacción con microorganismos del suelo. Estas células son claves para el crecimiento de las plantas. Por su parte, el laboratorio del Dr. Federico Ariel estudia los mecanismos epigenéticos (“epi” significa “por sobre” en latín) que regulan la expresión de los genes durante el desarrollo de las plantas y en respuesta al ambiente.

 “Lo clave fue cuando pusimos las plantas a crecer a bajas temperaturas (10 grados Celsius) y no a 22 grados, como se hace habitualmente. Estas condiciones de frío le son desfavorables, el crecimiento se hace mucho más lento”, explica José Estevez, investigador Adjunto del Instituto Milenio de Biología Integrativa (iBio).

Las plantas de  se dejaron crecer durante 8 días a 22°C en el caso del control mientras que las plantas tratadas se crecieron 5 días a 22°C y 3 días a 10°C.

El frío es una condición desfavorable que hace que el crecimiento de las plantas sea mucho más lento.

Estevez cuenta que observaron que en los pelos radicales pasaba completamente lo opuesto, “con el frío crecían al doble de su tamaño habitual”, esto fue algo que los sorprendió mucho, recuerda el investigador y fue donde surgió la pregunta que unió a los dos laboratorios, ¿Qué mecanismos moleculares podrían estar operando específicamente en las células a bajas temperaturas?

El descubrimiento, donde los científicos argentinos junto con colaboradores franceses por primera vez logran describir de manera detallada los mecanismos moleculares que determinan que este RNA largo no codificante (lncRNA) llamado APOLO controla el tamaño de los pelos radiculares de las raíces. “El boom de las nuevas tecnologías de secuenciación de genomas nos ha permitido descubrir en el siglo XXI que no sólo los genes que codifican proteínas son funcionales, sino que existen muchos genes ¨no codificantes¨ (que no codifican proteínas) que juegan un rol fundamental en el desarrollo de los organismos y la evolución de las especies” explicó el especialista.

Lo novedoso del estudio es que por primera vez se ha encontrado en plantas la interacción entre un lncRNA con un tipo de proteínas reguladoras llamadas factores de transcripción, en este caso una denominada WRKY42. Ambos a su vez son capaces de controlar a RHD6 (por su nombre en inglés Root Hair Defective 6) que es el regulador maestro de la expresión de los genes que específicamente se transcriben en los pelos radicales y que le permiten crecer en corto tiempo.

Para realizar este descubrimiento, los científicos combinaron el uso de herramientas genéticas y bioquímicas, junto con técnicas de microscopía avanzada, biología molecular y celular en Arabidopsis thaliana (una planta crucífera que se suele usar como modelo en estudios de fisiología vegetal y que comparte genes con plantas de interés agronómico).

 El Dr. Estevez, proyecta que a largo plazo ambos laboratorios junto con otros grupos que trabajan en plantas en Chile, seguirán investigando en comprender mejor la relación entre las plantas y el ambiente, para poder diseñar y estrategias de agricultura sustentable y desarrollar plantas climáticamente inteligentes que sean capaces de adaptarse y crecer en ambientes hostiles con alta salinidad, sequía o patógenos. “Esto es especialmente relevante frente al cambio climático global dado que es esperable que traiga recurrentes picos de temperatura, precipitaciones y aumento de aridez en los suelos. Sumado a esto hay una demanda creciente de alimentos. Este panorama hace que los biólogos moleculares vegetales (como es el caso de ambos investigadores) junto con los agrónomos tengamos un rol fundamental en la generación de nuevos cultivos”, concluyó.

Este conocimiento se podría aplicar potencialmente a plantas de interés agronómico como Soja, Maíz o plantas frutales de gran importancia en Chile. La clave estaría en generar raíces con pelos radicales más largos que puedan explorar un área mayor de los suelos en busca de agua y nutrientes, sobre todo en condiciones ambientales desfavorables, aseguran los especialistas.

En este trabajo participaron Javier Martinez Pacheco (FIL-IIBBA, Argentina) y José Estevez (CBV-UNAB/iBIO, Chile y FIL-IIBBA, Argentina); Michael Moison, Leandro Lucero, Camille Fonouni-Farde, Natanael Mansilla y Federico Ariel (IAL, Santa Fe, Argentina); Johan Rodríguez-Melo y Fernando Ibañez (IIA/UNRC, Río Cuarto, Argentina); Aurélie Christ, Jérémie Bazin, Moussa Benhamed y Martín Crespi (IPS2, Gif sur Yvette, Francia).

Cabe destacar que gran parte del estudio fue financiado con aportes del FONDECYT y el iBio y fuentes de financiamiento Internacionales, a quienes el Dr. Estevez expresó su agradecimiento.

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