Una nueva herramienta permite a los investigadores analizar los procesos metabólicos que ocurren en las hojas, tallos y raíces de un cultivo cítrico clave: la clementina.
por la Universidad de California – San Diego
El objetivo general de esta investigación es mejorar el rendimiento, el sabor y el valor nutricional de cultivos cítricos y no cítricos, incluso ante las condiciones de cultivo cada vez más adversas y el creciente problema de las plagas.
Para construir la herramienta, el equipo, dirigido por la Universidad de California en San Diego, se centró en la clementina (Citrus clementina), que es un cruce entre una mandarina y una naranja dulce.
Se espera que el esfuerzo se extienda mucho más allá de la clementina para generar información práctica que aumente la productividad y la calidad de una amplia gama de cultivos cítricos y no cítricos. La estrategia consiste en descubrir, y posteriormente aplicar, nuevos conocimientos sobre cómo las plantas responden, en términos de actividades metabólicas en partes específicas de la planta o árbol, a factores ambientales como la temperatura, la sequía y las enfermedades.
La herramienta y el modelo integral a escala del genoma de Citrus clementina se publicaron en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ).
El equipo está dirigido por investigadores de UC San Diego, en colaboración con investigadores de UC Riverside y la Universidad Autónoma de Yucatán.
«Juntos creamos una herramienta que abrirá la puerta a un mejor diseño de cultivos y una agricultura sostenible para Citrus clementina y una amplia gama de cultivos cítricos y no cítricos», dijo el profesor de UC San Diego Karsten Zengler, autor correspondiente del nuevo artículo.
En UC San Diego, Zengler tiene afiliaciones en el Departamento de Bioingeniería, el Departamento de Pediatría, el Centro de Innovación en Microbiomas y el Programa de Ciencia e Ingeniería de Materiales.
«Nuestro enfoque de modelado basado en datos representa una herramienta poderosa para el cultivo y mejoramiento de cítricos, así como para la mejora del rendimiento y la calidad de los cultivos, satisfaciendo la creciente demanda de productos de alta calidad en el mercado global», afirmó Zengler.
La herramienta genómica de alta resolución se ha diseñado y desarrollado como una plataforma tecnológica ampliable para ayudar a los investigadores a mejorar una amplia gama de cultivos cítricos y no cítricos. La información práctica se deriva de una amplia gama de nuevos conocimientos sobre el funcionamiento del metabolismo vegetal en hojas, tallos, raíces y otros tejidos de cultivos clave.
El modelo altamente curado y validado del metabolismo de la clementina, por ejemplo, contiene 2.616 genes, 8.653 metabolitos y 10.654 reacciones.
«Generamos siete funciones objetivo de biomasa basadas en datos metabolómicos específicos de cada órgano para hojas, tallos, raíces y semillas, y validamos experimentalmente el modelo, lo cual supone un reto para una planta con una vida media de 50 años», afirmó Zengler. «Este modelo representa uno de los modelos a escala genómica más grandes que se han construido para cualquier organismo, incluyendo los humanos».
El modelo se denomina iCitrus2616. Captura el metabolismo de Citrus clementina con una precisión excepcional y permite simular escenarios económicamente relevantes.
Por ejemplo, los investigadores muestran cómo nutrientes específicos pueden mejorar la producción de almidón y tipos de celulosa, lo que a su vez puede mejorar la resistencia y la rigidez de las paredes celulares en las plantas de cítricos, lo que es útil para soportar el estrés mecánico y la sequía.
Los investigadores también utilizaron la nueva herramienta para demostrar cómo aumentar los compuestos relacionados con el sabor en Citrus clementina, como los flavonoides.
El equipo integró modelos específicos de órganos (hoja, tallo y raíz) en un modelo de planta completa. Con este modelo integrado, los investigadores muestran cómo se distribuyen los flavonoides y las hormonas en toda la planta.
Además, el equipo limitó el modelo metabólico de la clementina con datos de expresión génica de tejidos foliares y radiculares sintomáticos y asintomáticos a lo largo de cuatro temporadas durante el enverdecimiento de los cítricos, causado por una infección bacteriana. El enverdecimiento de los cítricos causa millones de dólares en daños agrícolas anualmente.
Este proyecto ya ha revelado adaptaciones metabólicas específicas de cada tejido, incluidos cambios en la asignación de energía, la producción de metabolitos secundarios y las vías de respuesta al estrés bajo estrés biótico y ha proporcionado una comprensión mecanicista de la progresión de la enfermedad.
Los investigadores señalan que este trabajo representa un hito en el modelado de organismos superiores, específicamente plantas.
«Preveo que este tipo de modelos contribuirá a los esfuerzos de mejoramiento de cultivos en un futuro próximo. Con estos modelos, trabajamos para que los esfuerzos críticos de mejoramiento de plantas sean más confiables y rápidos», afirmó Zengler.
En investigaciones preliminares de seguimiento, ya estamos viendo ejemplos del impacto positivo que estos modelos pueden tener en las estrategias basadas en datos para optimizar el crecimiento de las plantas.
Más información: Zengler, Karsten, Descubriendo el metabolismo órgano-específico de Citrus clementina, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2025). DOI: 10.1073/pnas.2503406122 . doi.org/10.1073/pnas.2503406122
