Los investigadores informan una detección más rápida de la fotoprotección en los cultivos

Las plantas pasan todo el día creando alimentos a partir de la luz solar mediante la fotosíntesis, un proceso de más de 100 pasos en el que los investigadores han estado trabajando para mejorar su eficiencia en los cultivos y, en última instancia, generar más rendimiento. Cuando las hojas de los cultivos están a plena luz del sol, como en los campos abiertos, sus moléculas de clorofila verde reciben más energía luminosa de la que pueden utilizar. Si esta energía no se disipa de las moléculas, reaccionarán con el oxígeno para producir agentes blanqueadores que pueden destruir la hoja, costando a las plantas hasta un 10-30% de su capacidad de fotosíntesis.

Sin embargo, las plantas han evolucionado para desarrollar varios mecanismos fotoprotectores para prevenir daños, llamados extinción no fotoquímica (NPQ) de los estados de clorofila excitados. Al acelerar el proceso de relajación del NPQ, los investigadores podrían aumentar potencialmente la eficiencia de la fotosíntesis en los cultivos.

En un estudio reciente, publicado en el Revista de experimentos visualizadoslos investigadores de RIPE de la Universidad de Illinois y la Universidad de Cambridge informaron sobre un método de alto rendimiento para evaluar las tasas de relajación de NPQ en plantas cultivadas en el campo, con el potencial de ayudar a identificar genotipos con características beneficiosas mediante el desarrollo de un pulso modulado por amplitud (PAM) análisis de fluorescencia de clorofila.

«El NPQ se puede medir mediante el uso de una variedad de fluorómetros PAM disponibles en el mercado, desde dispositivos manuales simples hasta sistemas cerrados más avanzados», dijo Dhananjay Gotarkar, investigador postdoctoral en Illinois, quien dirigió este trabajo para un proyecto de investigación llamado Realización del aumento de la fotosíntesis. Eficiencia (MADURA). «Existe una limitación para usar varios de estos enfoques debido a su rendimiento relativamente bajo, lo que hace que la detección de grandes colecciones de plantas sea un desafío sin múltiples dispositivos y un equipo de investigadores».

RIPE es un proyecto de investigación internacional que tiene como objetivo aumentar la producción mundial de alimentos mediante el desarrollo de cultivos alimentarios que conviertan la energía del sol en alimentos de manera más eficiente con el apoyo de la Fundación Bill y Melinda Gates, la Fundación para la Investigación de Alimentos y Agricultura y Asuntos Exteriores, Commonwealth y Desarrollo del Reino Unido. Oficina.

Sobre la base de investigaciones anteriores, el equipo utilizó el análisis de fluorescencia de clorofila PAM de discos de hojas para la detección de alto rendimiento de las tasas de relajación de NPQ en la soja cultivada en el campo que tiene la ventaja clave en comparación con el análisis secuencial de plantas individuales.

«Dado que las mediciones convencionales se realizan por planta, el uso de este procedimiento abre la posibilidad de probar cientos de genotipos en un día y el potencial de realizar estudios de asociación de todo el genoma», dijo Steven Burgess, autor de este estudio. «Este protocolo está diseñado para analizar soja cultivada en campo, pero puede modificarse para tomar muestras y medir material cultivado en invernadero u otras plantas superiores».

En su artículo, el equipo de investigadores presentó su protocolo desde la siembra de semillas en el verano de 2021 hasta la recolección de muestras de hojas del campo y el procesamiento y medición de datos de fluorescencia de clorofila NPQ. El equipo descubrió que para obtener mediciones confiables de NPQ, se deben tener en cuenta varios componentes, como la elección y el manejo de los discos de hojas. Por ejemplo, la manipulación brusca con pinzas podría generar estrés en el tejido de la hoja, y las tasas de activación y relajación de NPQ pueden variar con la edad de la hoja y la etapa de desarrollo de la planta, todos los cuales son elementos a tener en cuenta para reducir el ruido experimental.

«Al identificar los principales cuellos de botella que dificultan la eficiencia fotosintética, podemos descubrir cómo ayudar a las plantas a crecer de manera más productiva», dijo Johannes Kromdijk, profesor de la Universidad de Cambridge, quien contribuyó a este estudio. «Este enfoque implica formas más rápidas de analizar datos y el análisis de fluorescencia de clorofila PAM es una técnica poderosa para medir la eficiencia fotosintética, brindándonos un medio para medir muchos genotipos simultáneamente».