Un nuevo descubrimiento de la Universidad de Tel Aviv ha logrado cultivar y caracterizar variedades de tomate con mayor eficiencia en el uso del agua sin comprometer el rendimiento.
por la Universidad de Tel Aviv
Los investigadores, empleando la tecnología de edición genética CRISPR, pudieron cultivar tomates que consumen menos agua y al mismo tiempo preservan el rendimiento, la calidad y el sabor.
La investigación se llevó a cabo en los laboratorios del Prof. Shaul Yalovsky y el Dr. Nir Sade y fue dirigida por un equipo de investigadores de la Facultad de Ciencias Vegetales y Seguridad Alimentaria de la Facultad Wise de Ciencias de la Vida de la Universidad de Tel Aviv.
El equipo incluía al Dr. Mallikarjuna Rao Puli, un ex becario postdoctoral supervisado por el Prof. Yalovsky, y Purity Muchoki, una estudiante de doctorado supervisada conjuntamente por el Prof. Yalovsky y el Dr. Sade. Otros estudiantes y becarios postdoctorales de la Facultad de Ciencias Vegetales y Seguridad Alimentaria de TAU, junto con investigadores de la Universidad Ben Gurion y la Universidad de Oregon, también contribuyeron a la investigación.
Los hallazgos del estudio fueron publicados en la revista PNAS .
Los investigadores explican que, a la luz del calentamiento global y la disminución de los recursos de agua dulce, existe una demanda creciente de cultivos agrícolas que consuman menos agua sin comprometer el rendimiento. Naturalmente, al mismo tiempo, debido a que los cultivos agrícolas dependen del agua para crecer y desarrollarse, resulta particularmente difícil identificar variedades de plantas adecuadas.
En un proceso llamado transpiración, las plantas evaporan el agua de sus hojas. Al mismo tiempo, el dióxido de carbono ingresa a las hojas y es asimilado en azúcar mediante la fotosíntesis, que también tiene lugar en las hojas. Estos dos procesos (transpiración y absorción de dióxido de carbono) ocurren simultáneamente a través de aberturas especiales en la superficie de las hojas llamadas estomas . Los estomas pueden abrirse y cerrarse, sirviendo como mecanismo a través del cual las plantas regulan su estado hídrico.
Los investigadores destacan que en condiciones de sequía, las plantas responden cerrando sus estomas, reduciendo así la pérdida de agua por transpiración.
El problema es que debido al acoplamiento inextricable entre la transpiración del agua y la absorción de dióxido de carbono, el cierre de los estomas conduce a una reducción en la absorción de dióxido de carbono por parte de la planta. Esta disminución en la absorción de dióxido de carbono conduce a una disminución en la producción de azúcar mediante la fotosíntesis.
Dado que las plantas dependen del azúcar generado en la fotosíntesis como fuente de energía vital, una reducción en este proceso afecta negativamente el crecimiento de las plantas.
En las plantas de cultivo, la disminución de la producción de azúcar fotosintético se manifiesta como una disminución tanto en la cantidad como en la calidad de la cosecha. En el tomate, por ejemplo, el daño al cultivo se refleja en una disminución del número de frutos, de su peso y de la cantidad de azúcar en cada fruto. Las frutas con menor contenido de azúcar son menos sabrosas y menos nutritivas.
En el presente estudio, los investigadores indujeron una modificación en el tomate mediante edición genética utilizando el método CRISPR, dirigido a un gen conocido como ROP9. Las proteínas ROP funcionan como interruptores, alternando entre un estado activo o inactivo.
El profesor Yalovsky dijo: «Descubrimos que la eliminación de ROP9 mediante la tecnología CRISPR causa un cierre parcial de los estomas. Este efecto es particularmente pronunciado durante el mediodía, cuando la tasa de pérdida de agua de las plantas en el proceso de transpiración es más alta».
«Por el contrario, en la mañana y en la tarde, cuando la tasa de transpiración es menor, no hubo una diferencia significativa en la tasa de pérdida de agua entre las plantas de control y las plantas modificadas con ROP9. Debido a que los estomas permanecieron abiertos en la mañana y en la tarde, las plantas fueron capaces de absorber suficiente dióxido de carbono , evitando cualquier disminución en la producción de azúcar mediante la fotosíntesis incluso durante las horas de la tarde, cuando los estomas estaban más cerrados en las plantas modificadas con ROP9″.
Para evaluar el impacto de la ROP9 alterada en el cultivo, los investigadores llevaron a cabo un extenso experimento de campo con cientos de plantas.
Los resultados revelaron que aunque las plantas modificadas con ROP9 pierden menos agua durante el proceso de transpiración, no hay ningún efecto adverso sobre la fotosíntesis, la cantidad o la calidad de los cultivos (la cantidad de azúcar en los frutos). Además, el estudio identificó un mecanismo nuevo e inesperado para regular la apertura y el cierre de los estomas, relacionado con el nivel de sustancias oxidantes, conocidas como especies reactivas de oxígeno, en los estomas. Este descubrimiento también tiene implicaciones importantes para el conocimiento científico básico.
El Dr. Sade añadió: «Existe una gran similitud entre la ROP9 en los tomates y las proteínas ROP que se encuentran en otras plantas de cultivo como el pimiento, la berenjena y el trigo. Por lo tanto, los descubrimientos detallados en nuestro artículo podrían constituir la base para el desarrollo de plantas de cultivo adicionales. con una mayor eficiencia en el uso del agua y para una comprensión más profunda de los mecanismos detrás de la apertura y el cierre de los estomas».
Más información: Mallikarjuna R. Puli et al, Los mutantes nulos de un tomate Rho de plantas exhiben una mayor eficiencia en el uso del agua sin penalización en el rendimiento, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2024). DOI: 10.1073/pnas.2309006120
