Con un sensor genético de temperatura a mano, los investigadores podrán diseñar cultivos que producen mayores rendimientos agrícolas en climas más cálidos. Un grupo de científicos ya ha logrado identificar estos sensores en el genoma de las plantas, para a futuro avanzar en cultivos que se adapten a las altas temperaturas.
Cuando hace calor afuera, los humanos y los animales tienen el lujo de buscar refugio en la sombra o edificios frescos con aire acondicionado. Pero las plantas están estancadas.
Si bien no son inmunes al cambio climático, las plantas responden al aumento del calor de diferentes maneras. La temperatura afecta la distribución de las plantas alrededor del planeta. También afecta el tiempo de floración, el rendimiento de los cultivos e incluso la resistencia a las enfermedades.
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«Es importante comprender cómo las plantas responden a la temperatura para predecir no solo la disponibilidad futura de alimentos, sino también para desarrollar nuevas tecnologías que ayuden a las plantas a sobrellevar el aumento de la temperatura», dijo Meng Chen, Ph.D., profesor asociado de biología celular en la Universidad. de California, Riverside (UCR).
Los científicos están muy interesados en descubrir cómo las plantas experimentan la temperatura durante el día, pero hasta hace poco este mecanismo ha sido difícil de alcanzar. Chen está liderando un equipo para explorar el papel del fitocromo B, una vía de señalización molecular que puede desempeñar un papel fundamental en la forma en que las plantas responden a la temperatura.
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En un artículo publicado en Nature Communications, Chen y sus colegas en la UCR describen los desencadenantes genéticos que preparan las plantas para el crecimiento en diferentes condiciones de temperatura utilizando la planta modelo Arabidopsis.
Las plantas crecen siguiendo el reloj circadiano, que es controlado por las estaciones. Todos los procesos fisiológicos de la planta se dividen para ocurrir en momentos específicos del día.
Según Chen, la teoría de larga data sostenía que Arabidopsis percibe un aumento de la temperatura durante la noche. En una situación natural, Arabidopsis, una planta de invierno, probablemente nunca verá una temperatura más alta en la noche.
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«Esto siempre nos ha desconcertado», dijo Chen, autor principal del estudio. «Nuestra comprensión de la ruta de señalización del fitocromo es que también debería sensar temperatura durante el día, cuando la planta en realidad se encontraría con una temperatura más alta».
De hecho, Arabidopsis crece en diferentes momentos del día a medida que cambian las estaciones. En el verano, la planta crece durante el día, pero durante el invierno crece por la noche. Los experimentos previos que imitaban las condiciones invernales mostraron una respuesta dramática en el fitocromo B, pero los experimentos que imitaban las condiciones estivales eran menos robustos.
Chen y su equipo decidieron examinar el papel del fitocromo B en Arabidopsis a 21 grados centígrados y 27 grados centígrados bajo luz roja. La longitud de onda monocromática permitió al equipo estudiar cómo funciona este sensor de planta en particular sin interferencia de otras longitudes de onda de la luz.
«Bajo estas condiciones, vemos una respuesta robusta», dijo Chen. «El trabajo muestra que el fitocromo B es un sensor de temperatura durante el día en verano. Sin este fotorreceptor, la respuesta en las plantas se reduce significativamente».
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Más allá de identificar la función del fitocromo B, el trabajo de Chen también apunta al papel de HEMERA, un activador de transcripción que activa los genes sensibles a la temperatura que controlan el crecimiento de las plantas.
«Encontramos el control maestro para la detección de temperatura en plantas», dijo Chen. «HEMERA se conserva en todas las plantas, desde el musgo hasta plantas con flores».
En esencia, Chen y su equipo identificaron el mecanismo genético utilizado por todas las plantas al responder a las condiciones de la luz del día, así como la capacidad de detectar la temperatura.
Chen reconoce que no todas las plantas pueden responder de la misma manera que Arabidopsis en este estudio. Antes de poder aplicar esta investigación, es necesario comprender cómo se comporta esta vía de señalización de la temperatura en diferentes sistemas de plantas. Chen cree que el camino es probablemente similar para todas las plantas y puede que solo requiera modificaciones menores.
El equipo de investigación espera ampliar este estudio agregando más complejidad a los diseños experimentales futuros, como explorar la respuesta de la vía de señalización bajo condiciones de luz blanca o diurnas. A Chen también le gustaría examinar cómo otros sistemas de plantas utilizan HEMERA para reaccionar con la temperatura.
«Para enfrentar los rápidos cambios de temperatura asociados con el calentamiento global, es posible que tengamos que ayudar a la naturaleza a desarrollar cultivos para adaptarse al nuevo entorno», dijo Chen. «Esto requerirá una comprensión molecular de cómo las plantas perciben y responden a la temperatura».