Cientificos reprograman plantas para tolerancia a la sequia

Una investigacion liderada por la UC Riverside sobre biologia sintetica proporciona una estrategia para reprogramar plantas para que consuman menos agua luego de ser expuestas a agroquimicos, abriendo nuevas puertas para el mejoramiento de cultivos

Sean Cutlers lab introduced the engineered receptor into transgenic Arabidopsis to establish if it was sufficient to improve survival after drought, one measure of drought tolerance. The transgenic (right) but not non-transgenic plants (left) show improved survival after an extended drought. In this experiment water is withheld for 12 days, which cause severe wilting, and the plants are then re-watered to assess survival. See news release for more details.

Los cultivos y otras plantas se estan enfrentando constantemente a condiciones ambientales adversas como la elevacion de las temperaturas (2014 fue el año mas calido registrado) y la escasez de suministro de agua fresca, lo cual disminuye los rendimientos, y aumenta los costos para los agricultores que ascienden a miles de millones de dolares anualmente.

La sequia es un factor de estres ambiental muy fuerte para las plantas, afectando a su crecimiento y desarrollo. Cuando las plantas se encuentran ante una sequia, producen de forma natural acido abscisico (AAB), una hormona de estres que inhibe el crecimiento y reduce el consumo de agua. En forma especifica, esta hormona activa un receptor (proteina especial) que cuando se une a su mensajero da por resultado cambios beneficiosos que ayudan a la planta a sobrevivir, tales como el cierre de las celulas de guarda en las hojas, llamadas estomas, para reducir las perdidas de agua.

Aunque es cierto que los cultivos podrian ser rociados con AAB para ayudarlas a sobrevivir durante una sequia, AAB es muy costosa y se inactiva rapidamente dentro de las celulas de las plantas, ademas de ser sensitiva a la luz, por lo que no se le ha podido dar un uso directo en la agricultura. Varios grupos de investigacion estan trabajando para desarrollar un AAB sintetico para modular la tolerancia a la sequia, pero una vez descubiertas, se espera que estas moleculas imitadoras prosigan largos y costosos procesos de produccion.

Sin embargo, el agroquimico mandipropamid se esta usando en la actualidad extensamente en produccion agricola para el control del tizon tardio en frutas y hortalizas. Es posible diseñar a los cultivos amenazados por esta enfermedad para responder al mandipropamid como si fuese AAB, y asi incrementar sus posibilidades de supervivencia durante las sequias?.

La respuesta es si, de acuerdo a un equipo de cientificos liderados por Sean Cutler de la Universidad de California Riverside.

Los investigadores trabajaron con Arabidopsis, una planta modelo muy utilizada en laboratorios experimentales, y con la planta de tomate. En el laboratorio utilizaron metodos de biologia sintetica para desarrollar una nueva version de los receptores de acido abscisico de estas plantas, rediseñados para activarse mediante mandipropamid en vez de AAB. agriculturers.com. Los investigadores mostraron que cuando las plantas reprogramadas eran rociadas con mandipropamid, estas resistian efectivamente las condiciones de sequia, activando las vias del acido abscisico que cerraban los estomas de las hojas para evitar las perdidas de agua.

Este hallazgo ilustra el poder de los enfoques de biologia sintetica para la manipulacion de cultivos, y abre nuevas puertas para el mejoramiento vegetal que podria beneficiar ampliamente a la creciente poblacion mundial.

“Pudimos cambiar exitosamente el proposito de un agroquimico para una nueva aplicacion al diseñar geneticamente el receptor de una planta, algo que no habia sido hecho antes”, señalo Cutler, profesor de Botanica y Ciencias Vegetales. “Anticipamos que esta estrategia de reprogramacion de respuesta vegetal usando la biologia sintetica permitira el uso de otros agroquimicos para el control de otras caracteristicas utiles, como resistencia a enfermedades o tasas de crecimiento, por ejemplo”.

Los resultados de este estudio aparecieron este 04 de febrero en Nature.

Cutler explico que descubrir un nuevo quimico y luego evaluarlo y aprobarlo para su uso, es un proceso extremadamente engorroso y caro que puede tomar años.

“En efecto, hemos burlado este obstaculo utilizando biologia sintetica, en esencia tomamos algo que ya funcionaba en el mundo real y reprogramamos la planta para que el quimico pudiera controlar el uso de agua”, señalo.

La reingenieria de proteinas es un metodo que permite la construccion sistematica de muchas variantes proteicas; y tambien las pone a prueba para descubrir nuevas propiedades. Cutler y sus colaboradores usaron esta reingenieria de proteinas para crear receptores modificados de plantas en los que el mandipropamid pudiera encajar y causar una reactivacion potente del receptor. agriculturers.com. El receptor rediseñado fue introducido en plantas de Arabidopsis y tomate, que respondieron al mandipropamid como si estuvieran siendo tratadas con AAB. En ausencia de mandipropamid, estas plantas mostraron diferencias minimas con respecto a plantas que no poseian la proteina.

Material traducido por Agriculturers.com

FUENTE: eurekalert.org

universidadagricola.com

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