En un estudio publicado en Current Biology , los investigadores informaron la identificación de genes clave que controlan las concentraciones de molibdeno en los brotes de la soja y han descubierto el misterio de cómo el fertilizante de molibdeno aumenta el rendimiento de la soja.
por Liu Jia, Academia China de Ciencias
El molibdeno es un oligoelemento indispensable para el crecimiento de las plantas. Para las leguminosas, especialmente la soja, el fertilizante de molibdeno es especialmente importante. A menudo se supone que la alta demanda de molibdeno en las leguminosas está asociada con la importante cantidad de molibdeno necesaria para la fijación simbiótica de nitrógeno. Sin embargo, esta hipótesis parece contradecir la aplicación práctica del fertilizante foliar de molibdeno porque la fijación de nitrógeno en nódulos ocurre en la raíz.
La soja es la fuente vegetal más importante de proteína y aceite dietético, lo que hace que la soja sea crucial para la seguridad alimentaria mundial y la salud humana. Sin embargo, a pesar de la importancia de la soja, los científicos anteriormente no tenían claro si las diferentes variedades de soja mostraban una variación natural en la utilización del molibdeno y, si así fuera, cómo esa variación potencial podría afectar la producción de soja y cómo se podrían aprovechar esas diferencias.
La investigación actual, en la que participan el grupo de Chao Daiyin en el Centro de Excelencia en Ciencia Molecular de Plantas de la Academia China de Ciencias (CAS) y el grupo de Tian Zhixi en el Instituto de Genética y Biología del Desarrollo de la CAS, ayuda a responder estas preguntas.
Utilizando un estudio de asociación de todo el genoma y la ionómica, los investigadores identificaron dos genes, GmMOT1.1 y GmMOT1.2, que controlan la variación natural en la absorción y el transporte de molibdato en la soja.
Mediante análisis adicionales, revelaron cinco haplotipos principales de GmMOT1.1 y GmMOT1.2 en variedades de soja, donde el haplotipo 5 exhibe la mayor expresión y capacidad de transporte de molibdeno, mientras que el haplotipo 4 mostró la menor expresión y capacidad de transporte. Posteriormente, una serie de experimentos genéticos y moleculares indicaron que GmMOT1.1 y GmMOT1.2 están involucrados en la absorción de molibdato en las raíces y en el transporte de molibdato de raíz a vástago.
Los investigadores también observaron que cuando la función de GmMOT1.1 y GmMOT1.2 se deterioraba, tanto el contenido de molibdeno como el rendimiento de la soja disminuían significativamente. Por el contrario, mejorar su función mejoró sustancialmente la utilización del molibdeno y el rendimiento de la soja.
Curiosamente, los investigadores descubrieron que GmMOT1.1 y GmMOT1.2 no afectan la capacidad de fijación de nitrógeno de los nódulos de las raíces ni otros procesos de asimilación de nitrógeno en la soja. Descubrieron una aldehído oxidasa que se une al molibdeno en las hojas de soja y que cataliza la síntesis de auxinas, y su actividad catalítica depende del contenido de molibdeno.
Cuando se mejora la función de GmMOT1.1 y GmMOT1.2, la concentración de molibdeno en las hojas aumenta, lo que promueve la síntesis de auxinas y el crecimiento de las hojas, lo que en última instancia aumenta el rendimiento de la soja. Este resultado explica perfectamente por qué la pulverización de fertilizante de molibdeno directamente sobre las hojas puede impulsar la producción de soja en la agricultura.
Además, los investigadores descubrieron que la distribución de diferentes haplotipos de estos dos genes está estrechamente relacionada con el pH del suelo. Los haplotipos hiperfuncionales se distribuyen principalmente en áreas de suelos ácidos con bajo contenido de molibdeno, mientras que los haplotipos hipofuncionales tienden a encontrarse en áreas de suelos alcalinos con alto contenido de molibdeno. Este resultado sugiere que estos dos genes pueden usarse para diseñar marcadores moleculares para mejorar variedades de soja personalizadas adaptadas a diferentes niveles de pH del suelo.
El estudio revela la base genética que subyace a la variación natural en el contenido de molibdeno en la soja, descubre el mecanismo por el cual el fertilizante foliar de molibdeno promueve el rendimiento de la soja en cultivos de leguminosas e identifica marcadores moleculares para el mejoramiento personalizado de la soja en función del pH del suelo. En definitiva, proporciona una sólida base científica para optimizar aún más el cultivo de soja y las estrategias de mejoramiento para cultivar variedades de soja eficientes en nutrientes .
Más información: Jing Zhang et al, Las variantes naturales de los transportadores de molibdato contribuyen a las características de rendimiento de la soja al afectar la síntesis de auxinas, Current Biology (2023). DOI: 10.1016/j.cub.2023.10.072
