Nuevas estrategias para salvar el grano más indispensable del mundo

Las plantas son como nosotros, con técnicas únicas para manejar el estrés. Para salvar uno de los cultivos más importantes de la Tierra de los cambios climáticos extremos, los científicos están trazando las propias estrategias para combatir el estrés de las plantas.

Un equipo dirigido por UC Riverside aprendió lo que sucede con las raíces de las plantas de arroz cuando se enfrentan a dos tipos de escenarios estresantes: demasiada agua o muy poca. Estas observaciones forman la base de nuevas estrategias de protección.

«Este cultivo es la principal fuente de calorías para más del 45 por ciento de la humanidad, pero sus cosechas están en peligro», dijo Julia Bailey-Serres, genetista de la UCR y líder del estudio. «En los EE. UU., las inundaciones rivalizan con las sequías en términos de daño a los cultivos de los agricultores cada año».

Si bien es posible que el arroz florezca en suelos inundados, las plantas producen menos alimentos o incluso mueren si el agua es demasiado profunda durante demasiado tiempo. Este trabajo simuló inundaciones prolongadas de cinco días o más, en las que las plantas quedaron completamente sumergidas. También simuló condiciones de sequía.

En particular, los investigadores examinaron la respuesta de las raíces a ambos tipos de condiciones, porque las raíces son las primeras respondedoras invisibles al estrés relacionado con inundaciones y sequías.

Su trabajo se describe en un nuevo artículo publicado en la revista Célula de desarrollo.

Un hallazgo clave es sobre una sustancia similar al corcho, la suberina, que es producida por las raíces del arroz en respuesta al estrés. Ayuda a proteger de las inundaciones, así como de la sequía.

«Suberin es una molécula lipídica que ayuda a que el agua extraída por las raíces llegue a los brotes y ayuda al oxígeno de los brotes a llegar a las raíces», dijo Bailey-Serres. «Si reforzamos la capacidad de la planta para crear suberina, el arroz tiene mejores posibilidades de sobrevivir en todo tipo de clima».

Los investigadores pudieron identificar una red de genes que controlan la producción de suberina y pueden usar esta información para la edición de genes o la reproducción selectiva.

«Comprender la suberina es particularmente emocionante porque no es susceptible de descomposición por los microbios del suelo, por lo que el carbono que la planta pone en las moléculas de suberina en las raíces queda atrapado en el suelo», dijo Alex Borowsky, biólogo computacional de la UCR y coautor del estudio. «Esto significa que aumentar la suberina podría ayudar a combatir el cambio climático al eliminar y almacenar carbono de la atmósfera».

Los investigadores también identificaron los genes que controlan algunos de los otros comportamientos de estrés del arroz.

«Uno de nuestros hallazgos interesantes es que cuando las plantas de arroz se sumergen en agua, el ciclo de crecimiento de las células de la raíz se detiene y luego vuelve a encenderse poco después de que los brotes tengan acceso al aire», dijo Bailey-Serres.

En el futuro, el equipo de investigación planea probar cómo la modificación de estas respuestas al estrés puede hacer que la planta sea más resistente a las condiciones húmedas y secas.

«Ahora que entendemos estas respuestas, tenemos una hoja de ruta para realizar cambios específicos en el genoma del arroz que darán como resultado una planta más tolerante al estrés», dijo Bailey-Serres.

Aunque las fuertes lluvias y las sequías están aumentando como amenazas, Bailey-Serres tiene la esperanza de que la nueva tecnología genética pueda aumentar su resiliencia antes de que sea demasiado tarde.

«Con la edición del genoma, el hecho de que podamos hacer un cambio pequeño pero específico y proteger una planta de la enfermedad es sorprendente. Aunque nuestros cultivos están amenazados, las nuevas tecnologías nos dan motivos para tener esperanza», dijo Bailey-Serres.