Un estudio realizado en Alemania con fenotipado automatizado encontró que 15 líneas genéticas respondieron de manera muy distinta a la simbiosis con hongos micorrícicos, con aumentos de biomasa de entre 165 % y 633 % bajo condiciones experimentales pobres en fósforo
Redacción: Redacción Mundo Agropecuario BET
Editor: Eduardo Schmitz
Investigadores de varias instituciones alemanas utilizaron una plataforma de fenotipado automatizado para comprobar que la capacidad del maíz para beneficiarse de los hongos micorrícicos arbusculares varía considerablemente entre genotipos. El estudio evaluó 15 líneas endogámicas genéticamente diversas y encontró diferencias importantes en crecimiento, desarrollo radicular y acumulación de elementos minerales, un resultado que abre una vía para seleccionar cultivos que aprovechen mejor estas asociaciones biológicas.
El trabajo, publicado en Plant, Cell & Environment, reunió especialistas de la Universidad Técnica de Múnich, el Instituto Max Planck de Fisiología Molecular de Plantas, la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich, el Centro Estatal Bávaro de Investigación Agrícola, el Instituto Leibniz de Genética Vegetal e Investigación de Plantas Cultivadas y la Universidad de Colonia.
La investigación no demuestra que las micorrizas multipliquen de esa forma el rendimiento del maíz en explotaciones agrícolas. Los incrementos de biomasa de entre 165 % y 633 % aparecieron bajo las condiciones controladas del experimento, específicamente en un sustrato alcalino y con disponibilidad muy baja de nutrientes que restringió fuertemente el crecimiento de las plantas no inoculadas.
El resultado relevante para la biotecnología agrícola está en las diferencias genéticas: las 15 líneas de maíz no aprovecharon la simbiosis de la misma manera. Esa variación plantea la posibilidad de incorporar la respuesta a microorganismos beneficiosos como un rasgo adicional dentro de futuros programas de mejoramiento.
Una plataforma siguió el crecimiento durante 65 días
El equipo utilizó un sistema automatizado LemnaTec en las instalaciones del Centro Estatal Bávaro de Investigación Agrícola, en Freising. La plataforma permitió registrar de manera no destructiva el crecimiento de las plantas durante 65 días mediante imágenes capturadas prácticamente a diario.
El sistema calculó el área visible de los brotes y generó curvas de crecimiento reproducibles. La automatización permitió comparar repetidamente las plantas a lo largo del experimento, en lugar de depender únicamente de mediciones realizadas al comienzo y al final del ensayo.
Los investigadores trabajaron con 14 líneas dentadas y una línea de maíz tipo flint. Las plantas crecieron en una mezcla de arena y arcilla con pH 7,6 y disponibilidad muy reducida de nutrientes, diseñada para hacer visibles las diferencias en la respuesta a la micorriza arbuscular.
Las plantas control, que no establecieron la asociación micorrícica evaluada, mostraron un crecimiento fuertemente limitado. Las plantas con micorriza crecieron mejor en las 15 líneas, pero la magnitud de la respuesta fue muy diferente entre los materiales genéticos.
El empleo de plataformas automáticas para medir plantas está ampliando rápidamente la capacidad de comparar genotipos. Mundo Agropecuario BET ha documentado cómo un sistema robótico reconstruye plantas de maíz en tres dimensiones y extrae automáticamente rasgos morfológicos. En el trabajo alemán, la automatización se utilizó con otro objetivo: seguir cómo diferentes genotipos responden a una interacción biológica beneficiosa.
La biomasa aumentó entre 165 % y 633 %
Las condiciones pobres en nutrientes provocaron un fuerte contraste entre las plantas inoculadas y los controles. Según los resultados del estudio, la biomasa de las plantas asociadas con micorrizas aumentó entre 165 % y 633 % respecto de sus correspondientes controles.
La amplitud del intervalo es precisamente uno de los principales hallazgos. Si todas las líneas hubieran respondido de forma similar, la utilidad de seleccionar genéticamente por esta característica sería más limitada. La variación observada indica que existe diversidad aprovechable para estudiar qué genotipos obtienen mayores beneficios de la simbiosis.
Los hongos micorrícicos arbusculares establecen una asociación íntima con las raíces de numerosas plantas terrestres. La planta proporciona compuestos de carbono al hongo y, a cambio, la red fúngica puede contribuir a la adquisición de nutrientes minerales, especialmente cuando determinados elementos presentan baja disponibilidad.
La interacción requiere mecanismos celulares específicos que permitan alojar al microorganismo sin desencadenar una respuesta incompatible. Investigaciones anteriores han identificado componentes de ese proceso; por ejemplo, científicos alemanes demostraron que la proteína SYFO2 participa en la entrada de microorganismos simbióticos en las raíces, incluido el establecimiento de la simbiosis micorrícica en determinadas plantas.
Los nutrientes también respondieron de forma diferente
El equipo no se limitó a medir tamaño y biomasa. También estudió cómo la micorriza modificaba la acumulación de elementos minerales en los brotes de las distintas líneas de maíz.
Los investigadores analizaron 24 elementos minerales, además de fosfato y sulfato. La respuesta volvió a mostrar diferencias entre genotipos, indicando que una línea capaz de obtener una fuerte ventaja en un determinado rasgo no necesariamente presentaba la misma superioridad en otros.
Esta falta de uniformidad es importante para el mejoramiento. La expresión “respuesta a la micorriza” puede parecer un único carácter, pero los resultados indican que comprende componentes diferentes relacionados con crecimiento de brotes, desarrollo de raíces y acumulación de nutrientes.
Un genotipo puede, por tanto, mostrar una respuesta favorable en biomasa sin ocupar automáticamente la primera posición para todos los minerales analizados. Los investigadores concluyen que la respuesta a la micorriza es en gran medida específica de cada rasgo.
El estudio también encontró una diferencia llamativa en el nitrato: se acumuló en los brotes de las plantas control, mientras que no fue detectable en los brotes de las plantas micorrizadas bajo las condiciones experimentales estudiadas. Este resultado forma parte de una respuesta fisiológica compleja y no implica por sí mismo que la inoculación elimine las necesidades de fertilización nitrogenada del maíz.
La genética puede condicionar el valor de un bioinsumo
Uno de los aspectos con mayor interés aplicado es que los beneficios de una interacción microbiana no dependen exclusivamente del microorganismo utilizado. El genotipo de la planta puede modificar sustancialmente el resultado.
Esto introduce una variable adicional en el desarrollo de bioinsumos y cultivos preparados para aprovecharlos. En lugar de seleccionar un microorganismo beneficioso y asumir que producirá una respuesta uniforme en cualquier variedad, los programas de investigación pueden estudiar combinaciones específicas entre genotipos vegetales y microorganismos.
La agricultura ya utiliza este principio en otras simbiosis. Los inoculantes para leguminosas buscan establecer asociaciones eficientes con bacterias fijadoras de nitrógeno, y desarrollos como los inoculantes destinados a potenciar la fijación biológica en soja y arveja muestran cómo la selección de microorganismos, formulación y compatibilidad con el cultivo condicionan el resultado productivo.
Las micorrizas representan una interacción diferente, pero el estudio alemán refuerza el mismo principio tecnológico: la eficacia de las soluciones biológicas puede depender de la combinación entre microorganismo, planta y ambiente.
El fenotipado automatizado ayuda a separar esas respuestas
Detectar diferencias entre numerosos genotipos exige medir plantas de manera repetida y comparable. La plataforma automatizada permitió a los investigadores construir curvas de crecimiento a partir de imágenes tomadas durante prácticamente todo el periodo experimental.
Esta capacidad es especialmente útil cuando las diferencias aparecen gradualmente. Una medición final de biomasa indica qué planta terminó siendo mayor, pero una serie temporal permite observar cuándo comienzan a separarse los tratamientos y cómo evoluciona esa diferencia.
La automatización también reduce parte del trabajo manual necesario para evaluar grandes poblaciones. En mejoramiento vegetal, el volumen de datos fenotípicos se ha convertido en un cuello de botella frente a la velocidad con la que pueden obtenerse datos genómicos.
Otros sistemas han abordado ese problema mediante inteligencia artificial. Un marco de aprendizaje sin entrenamiento específico permite caracterizar automáticamente mazorcas de maíz y estimar variables productivas a partir de imágenes. El experimento alemán demuestra que las plataformas automatizadas también pueden utilizarse para cuantificar interacciones entre genética vegetal y microorganismos.
No existe una única respuesta micorrícica del maíz
Los autores aplicaron además un análisis exploratorio mediante regresión ridge para determinar hasta qué punto la respuesta observada en unos caracteres permitía anticipar la respuesta en otros.
La capacidad predictiva fue selectiva. Las respuestas de crecimiento y acumulación mineral no estuvieron coordinadas de manera uniforme entre las 15 líneas, por lo que no resulta adecuado reducir el comportamiento micorrícico de una planta a un único indicador general.
Este resultado puede influir en la forma de seleccionar materiales para futuros programas de mejoramiento. Si el objetivo es obtener plantas que aprovechen mejor el fósforo mediante micorrizas, los rasgos relevantes pueden ser diferentes de los necesarios para seleccionar por arquitectura radicular, biomasa aérea u otra característica.
La investigación aporta así una base experimental para un concepto de mejoramiento más específico: seleccionar simultáneamente la planta por su productividad y por la manera en que interactúa con microorganismos beneficiosos.
Del experimento controlado al mejoramiento agrícola
Los resultados todavía no constituyen una recomendación de inoculación para productores. El experimento se realizó bajo condiciones controladas y con un sustrato deliberadamente pobre en nutrientes, por lo que los incrementos de biomasa no pueden extrapolarse directamente a parcelas comerciales.
En un suelo agrícola real, la respuesta depende de numerosos factores adicionales, entre ellos las comunidades microbianas ya presentes, la fertilidad, el pH, la disponibilidad de fósforo, el clima, el manejo y las variedades cultivadas.
Estudiar esas interacciones exige técnicas capaces de observar microorganismos y raíces con mayor detalle. Una línea tecnológica complementaria permitió obtener imágenes tridimensionales de estructuras de hongos micorrícicos dentro de raíces vegetales sin necesidad de teñirlas, mostrando cómo las nuevas herramientas de imagen están ampliando el estudio de la interfaz entre planta, suelo y microorganismos.
El siguiente desafío consiste en determinar si las diferencias genéticas observadas en condiciones controladas se mantienen en ambientes agrícolas diversos y si pueden convertirse en criterios estables de selección.
La investigación alemana demuestra, en cualquier caso, que las líneas de maíz no responden de manera uniforme a la micorriza arbuscular. Combinar fenotipado automatizado, genética vegetal, análisis de nutrientes y microbiología ofrece una vía para identificar materiales capaces de utilizar con mayor eficiencia asociaciones biológicas que las plantas ya establecen naturalmente.
Fuentes referenciales:
Plant, Cell & Environment
Instituto Leibniz de Genética Vegetal e Investigación de Plantas Cultivadas
