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Científico trabaja en transferir resistencia hídrica de cactus y suculentas hacia cultivos agrícolas

John Cushman y alumnos en su laboratorio de la Universidad de Nevada, Reno.

Un profesor de Reno de la Universidad de Nevada recibió una subvención de US$1,55 millones para mejorar la eficiencia del uso del agua en las plantas. En su laboratorio está usando biotecnología para transferir rasgos de plantas suculentas (como los cactus) hacia cultivos agrícolas, permitiendo que sus hojas sean un 40% más gruesas y almacenen más agua para enfrentar las sequías.

University of Nevada, Reno / 27 de septiembre, 2021.- John Cushman, profesor de la fundación de la Universidad de Nevada, Reno (UNR), recibió una subvención de $1.55 millones de dólares de la National Science Foundation para realizar investigaciones sobre la mejora de la tolerancia a la sequía y la eficiencia del uso del agua en las plantas para ayudar a preservar la productividad agrícola frente al aumento de las temperaturas y sequías prolongadas.

Creando plantas tolerantes a la sequía

A medida que las sequías son cada vez más frecuentes y severas y la productividad de los cultivos está disminuyendo a un ritmo acelerado, Cushman, con la Facultad de Agricultura, Biotecnología y Recursos Naturales de la UNR, está trabajando en un enfoque de biología sintética para permitir la transferencia de rasgos tolerantes a la sequía de ciertas plantas hacia cultivos importantes. El objetivo de su equipo de investigación en el Departamento de Bioquímica y Biología Molecular es crear cultivos tolerantes a la sequía para ayudar a la producción mundial de alimentos durante períodos de intensa sequía.

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Específicamente, Cushman y su colega departamental, el profesor asistente Won Yim, y el profesor asistente colaborador internacional Sung Lim en la Universidad Sangji, Corea del Sur, tienen como objetivo utilizar una forma alternativa de fotosíntesis conocida como metabolismo del ácido crasuláceo (CAM). Las plantas con CAM y rasgos asociados, como el agave,  el cactus y otras crasuláceas, evitan la pérdida de agua al absorber dióxido de carbono a través de los poros abiertos, o estomas, en sus hojas y almacenarlo como ácido málico por la noche, ya que es menos probable que el vapor de agua escape de las hojas en las condiciones nocturnas más frescas y húmedas. Durante el día, los estomas permanecen cerrados mientras la planta usa el ácido málico almacenado y la luz solar para convertir el dióxido de carbono en azúcares y almidón.

Cushman está combinando este proceso con el trabajo para aumentar la suculencia de los tejidos en las plantas. Mejorando el trabajo anterior de su equipo con Arabidopsis, está usando biotecnología para aumentar la suculencia del tejido de la planta al hacer que las hojas sean un 40% más gruesas, lo que les permite almacenar más agua. Las plantas con alta suculencia de tejidos, como el cactus saguaro, están más adaptadas a sobrevivir en climas áridos.

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Usando ambos rasgos, Cushman y su equipo, como parte de la Estación Experimental Reno de la Universidad de Nevada, están buscando probar versiones sintéticas optimizadas de CAM, tanto solo como en combinación con suculencia de tejidos genéticamente modificados, en soja, uno de los cultivos líderes en los Estados Unidos. La combinación de MCA y suculencia, cuando se aplica a la soja, debería mejorar la productividad, la eficiencia del uso del agua y la tolerancia a la sequía y la salinidad en ambientes más cálidos y secos.

«Necesitamos hacer algo sobre el estrés por sequía y la pérdida de producción», dijo Cushman. “Vamos a ver muchas más sequías y más calor debido al cambio climático, pero podemos abordar estas barreras de producción a través de la innovación biotecnológica básica. Este proyecto es un gran ejemplo de lo que puede ofrecer la biología sintética».

El proyecto de tres años comenzó esta primavera, con trabajo en plantas de Arabidopsis, probando rasgos CAM en combinación con una mayor suculencia de tejidos. Después de recopilar estos resultados, el equipo pasará a probar los circuitos de genes sintéticos en plantas de soja. Si las pruebas de soja tienen éxito, esta modificación genética podría potencialmente usarse para apuntar a otros cultivos vitales, como el maíz.

Formación de futuros científicos

Otro objetivo de este trabajo es capacitar a estudiantes de posgrado y becarios postdoctorales para realizar CAM y ingeniería de suculencia de tejidos en los laboratorios de la UNR. Como parte de este proyecto, el laboratorio de Cushman pondrá un énfasis especial en el reclutamiento y la capacitación de grupos históricamente subrepresentados. Al crear oportunidades para estudiantes con una variedad de antecedentes, el equipo espera diversificar la futura fuerza laboral científica.

Cushman también colabora con la Escuela de Periodismo Reynold de la UNR. Trabajando con la profesora asociada Kathleen Masterson y la profesora asistente Amber Walsh, él y su equipo están desarrollando una nueva clase sobre comunicación científica. Esta clase se enfocará en capacitar a los estudiantes usando infografías, visualizaciones interactivas y redes sociales. La intención es enseñar a la próxima generación de científicos cómo comunicar de manera más eficaz los descubrimientos científicos complejos y las soluciones biotecnológicas al cambio climático al público en general.

Un tercer componente de este objetivo de capacitación es la divulgación, que incluirá una serie de videos que discutirán la importancia de crear cultivos más resistentes a los desafíos climáticos para ayudar a mostrar el beneficio social de este trabajo.

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