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Genes que controlan altura del arroz podrían conducir a cultivos resistentes a inundaciones


Científicos japoneses descubrieron dos genes importantes que controlan la altura de cultivares de arroz. Este avance podría permitir el desarrollo de variedades productivas resistentes a las inundaciones o mejorar las variedades de bajo rendimiento que ya pueden hacer frente a inundaciones estacionales, las cuales se hacen más frecuentes por el cambio climático.


Science.- La altura es importante para las plantas. Los cultivos bajos pueden transportar más grano sin doblarse bajo su propio peso, una característica clave que ayudó a impulsar la Revolución Verde en la década de 1960. Pero las plantas altas son mejores para sobrevivir a largas inundaciones. Ahora, los investigadores han encontrado dos genes que juntos ayudan a controlar la altura de las plantas de arroz: uno que acelera el alargamiento del tallo y otro que actúa como freno. Si el sistema es similar en otras plantas, los científicos dicen que podría ser útil en el mejoramiento de muchos tipos de cultivos.

“Esta podría ser una gran herramienta más en la caja de herramientas”, dice Julia Bailey-Serres, bióloga especializada en arroz de la Universidad de California, Riverside, que no participó en la nueva investigación.

A mediados del siglo XX, los fitomejoradores seleccionaron típicamente variedades de trigo y arroz con tallos cortos; Estas plantas dedicaron más recursos al grano y tenían menos probabilidades de caerse con fuertes vientos o lluvias. Más tarde, los biólogos descubrieron que estas variedades, en ciertos momentos de su desarrollo, producen menos de una hormona llamada ácido giberélico (AG) o no pueden responder a sus señales para alargar sus tallos. Los efectos secundarios de esas mutaciones pueden incluir plantas jóvenes que a veces emergen del suelo demasiado pronto en regiones propensas a la sequía.

El genetista molecular de plantas Motoyuki Ashikari de la Universidad de Nagoya y sus colegas han estado estudiando variedades de arroz que sobreviven a inundaciones largas y profundas al crecer más alto, y rápidamente, si es necesario, hasta 25 centímetros por día. El llamado “arroz de aguas profundas” se cultiva en áreas del delta, principalmente en el sudeste asiático, donde las inundaciones estacionales lentas pueden alcanzar 1 metro o más. El trabajo previo había demostrado que cuando las plantas se sumergen, el gas etileno se acumula en sus tejidos y desencadena la producción de hormona AG. Ashikari y sus colegas querían saber cómo AG hace que los tallos crezcan en variedades de arroz de aguas profundas.

El equipo comparó el ADN de una especie de arroz de aguas profundas con otra variedad de arroz que solo puede crecer en aguas poco profundas. Pronto localizaron los dos genes, que denominaron ACE1 (acelerador del alargamiento del entrenudo) y DEC1 (desacelerador del alargamiento del entrenudo). Los experimentos en invernaderos mostraron lo que hicieron los genes: en el arroz de aguas profundas, ACE1 se activa cuando las plantas están cubiertas de agua, estimulando la división celular en sus tallos y ayudándolas a crecer, según informaron los investigadores esta semana en Nature. Pero una variedad típica de aguas poco profundas, que tiene una mutación en ACE1, no alargó su tallo cuando se inundó.

En otros experimentos, el equipo demostró que DEC1 suprime el crecimiento del tallo. DEC1 estuvo activo en la variedad de aguas poco profundas, y permaneció activo cuando esas plantas se inundaron, esencialmente manteniendo los frenos en el crecimiento del tallo. Por el contrario, cuando el arroz de aguas profundas se expuso a inundaciones, se levantaron los frenos: DEC1 dejó de expresarse, permitiendo aún más el crecimiento del tallo.

Si los fitomejoradores o los biólogos moleculares pueden controlar esos dos genes, podrían ajustar la altura de la planta sin tener que modificar los niveles de GA, tal vez incluso en cultivos distintos al arroz, dice Laura Dixon, bióloga de plantas de la Universidad de Leeds. Eso significa que el AG continuaría influenciando otras partes de la planta normalmente. Los dos nuevos genes podrían actuar como un simple “interruptor de atenuación” para la altura de la planta, dice Susan McCouch, bióloga de la Universidad de Cornell, que tampoco participó en la investigación.

Los dos genes también existen en la caña de azúcar, la cebada y la hierba bien estudiada Brachypodium distachyon. Ashikari cree que podrían ocurrir ampliamente en otros pastos agrícolamente importantes. Otro cultivo importante, el maíz, tiene un equivalente a ACE1, pero tiene un gen que solo se parece parcialmente a DEC1. Aún así, la variedad de especies con los dos genes hace que el nuevo descubrimiento sea “superseñible”, dice McCouch.

Los genes podrían ayudar a los mejoradores de arroz a mejorar las variedades de bajo rendimiento que ya pueden hacer frente a las inundaciones estacionales, o diseñar nuevas a partir de variedades productivas más cortas. Si este enfoque funciona en otras plantas, incluso podría ayudar a diseñar cultivos a prueba de inundaciones para áreas que experimentan inundaciones más frecuentes debido al cambio climático, incluido el medio oeste de EE. UU., afirma Bailey-Serras. Tales esfuerzos dependerían por completo de si los genes en los cultivos objetivo son receptivos, pero, “Haría una gran diferencia para el agricultor”.


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