Científicos de la Universidad de California han descubierto datos genéticos que ayudarán a los cultivos alimentarios como los tomates y el arroz a sobrevivir períodos de sequía más prolongados e intensos en nuestro planeta que se calienta.
En el transcurso de la última década, el equipo de investigación buscó crear un atlas molecular de las raíces de los cultivos, donde las plantas detectan por primera vez los efectos de la sequía y otras amenazas ambientales. Al hacerlo, descubrieron genes que los científicos pueden usar para proteger a las plantas de este estrés. Su trabajo, publicado el 20 de mayo en la revista Celular, logró un alto grado de comprensión de las funciones de la raíz porque combinó datos genéticos de diferentes células de raíces de tomate cultivadas tanto en interior como en exterior.
"Con frecuencia, los investigadores realizan experimentos de laboratorio e invernadero, pero los agricultores cultivan cosas en el campo, y estos datos también analizan muestras de campo", dijo Neelima Sinha, profesora de biología vegetal de UC Davis y coautora del artículo. Los datos arrojaron información sobre los genes que le dicen a la planta que haga tres cosas clave.
El xilema son vasos huecos en forma de tubería que transportan agua y nutrientes desde las raíces hasta los brotes. Sin transporte en el xilema, la planta no puede crear su propio alimento a través de la fotosíntesis. "El xilema es muy importante para proteger a las plantas contra la sequía, la sal y otros estreses", dijo la autora principal del estudio, Siobhan Brady, profesora de biología vegetal en UC Davis.
A su vez, sin el transporte de minerales vegetales en el xilema, los humanos y otros animales tendrían menos vitaminas y nutrientes esenciales para nuestra supervivencia. Además de algunos jugadores típicos necesarios para formar el xilema, se encontraron genes nuevos y sorprendentes.
El segundo conjunto clave de genes son aquellos que dirigen una capa externa de la raíz para producir lignina y suberina. Suberin es la sustancia clave en el corcho y rodea las células vegetales en una capa gruesa, reteniendo el agua durante la sequía. Los cultivos como los tomates y el arroz tienen suberina en las raíces. Las manzanas tienen suberina que rodea sus células externas. Dondequiera que ocurra, evita que la planta pierda agua. La lignina también impermeabiliza las células y proporciona soporte mecánico.
"La suberina y la lignina son formas naturales de protección contra la sequía, y ahora que se han identificado los genes que las codifican en esta capa muy específica de células, estos compuestos pueden mejorarse", dijo la coautora del estudio, Julia Bailey-Serres, estudiante de la Universidad de California. Profesor de genética de Riverside. “Estoy emocionado de que hayamos aprendido tanto sobre los genes que regulan esta capa de barrera contra la humedad. Es muy importante para poder mejorar la tolerancia a la sequía de los cultivos”, dijo.
Los genes que codifican para el meristema de la raíz de una planta también resultaron ser notablemente similares entre el tomate, el arroz y Arabidopsis, una planta modelo parecida a una mala hierba. El meristemo es la punta en crecimiento de cada raíz y es la fuente de todas las células que forman la raíz.
“Es la región que producirá el resto de la raíz y sirve como nicho de células madre”, dijo Bailey-Serres. “Dicta las propiedades de las propias raíces, como el tamaño que adquieren. Conocerlo puede ayudarnos a desarrollar mejores sistemas de raíces”.
Brady explicó que cuando los agricultores están interesados en un cultivo en particular, seleccionan plantas que tienen características que pueden ver, como frutos más grandes y atractivos. Mucho más difícil es para los criadores seleccionar plantas con propiedades debajo del suelo que no pueden ver.
“La 'mitad oculta' de una planta, debajo del suelo, es fundamental para que los criadores la consideren si quieren cultivar una planta con éxito”, dijo Brady. “Poder modificar el meristema de las raíces de una planta nos ayudará a diseñar cultivos con propiedades más deseables”.
Aunque este estudio analizó solo tres plantas, el equipo cree que los hallazgos se pueden aplicar de manera más amplia. “El tomate y el arroz están separados por más de 125 millones de años de evolución, pero todavía vemos similitudes entre los genes que controlan las características clave”, dijo Bailey-Serres. "Es probable que estas similitudes también sean válidas para otros cultivos".