Las temperaturas abrasadoras y la tierra seca no son rival para la planta de sorgo: este cultivo de cereales, nativo de África y Australia, seguirá siendo verde y productivo, incluso en condiciones que harían que otras plantas se vuelvan marrones, quebradizas y estériles.
Un nuevo estudio publicado esta semana en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias proporciona el primer vistazo detallado de cómo la planta ejerce un control exquisito sobre su genoma, activando y desactivando algunos genes al primer signo de escasez de agua, y nuevamente cuando el agua regresa para sobrevivir cuando su entorno se vuelve áspero yárido.
"El sorgo es realmente tolerante a la sequía, y si aprendemos cómo puede ser tan tolerante a la sequía, entonces quizás podamos ayudar a otras plantas a sobrevivir de la misma manera", dijo Peggy Lemaux, especialista en extensión cooperativa de la Universidadde California, Berkeley's, Departamento de Biología Vegetal y Microbiana y coautor del artículo.
El conjunto de datos masivo, recolectado de 400 muestras de plantas de sorgo cultivadas durante 17 semanas en campos abiertos en el Valle Central de California, revela que la planta modula la expresión de un total de 10,727 genes, o más del 40% de su genoma, en respuestaal estrés por sequía. Muchos de estos cambios ocurren dentro de una semana después de que la planta pierde un riego semanal o después de que se riega por primera vez después de semanas sin riego.
Los datos se recopilaron como parte del proyecto de control epigenético de respuesta a la sequía en sorgo, o EPICON, un estudio de cinco años y $ 12.3 millones sobre cómo la planta de sorgo puede sobrevivir al estrés de la sequía. El estudio EPICON se ejecutacomo una asociación entre los investigadores y científicos de UC Berkeley en UC Agriculture and Natural Resources UC ANR, el Instituto del Genoma Conjunto del Departamento de Energía JGI y el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico PNNL de esa agencia.
Para llevar a cabo la investigación, el equipo cultivó plantas de sorgo bajo tres condiciones de riego diferentes: sequía previa a la floración, sequía posterior a la floración y aplicaciones controladas de agua, durante tres años consecutivos en el Centro de Investigación y Extensión Agrícola UC Kearney KARE en Parlier, California.
Cada semana durante la temporada de crecimiento, los miembros del equipo de investigación recolectaron cuidadosamente muestras de las hojas y raíces de plantas seleccionadas y establecieron un laboratorio móvil en el campo donde podían congelar rápidamente las muestras hasta que fueran procesadas para su análisis. Luego,Los investigadores de JGI secuenciaron el ARN en cada muestra para crear los datos del transcriptoma, que revela cuáles de las decenas de miles de genes de la planta se transcriben y se utilizan para producir proteínas en momentos particulares.
Finalmente, los estadísticos dirigidos por la profesora de estadísticas de UC Berkeley y autora principal del estudio, Elizabeth Purdom, analizaron el conjunto de datos de transcriptomas masivos para determinar cómo la expresión de genes cambió a medida que las plantas crecieron y fueron sometidas a sequías o alivio de las condiciones de sequía
"Controlamos muy cuidadosamente las condiciones de riego, y tomamos muestras de todo el período de desarrollo del sorgo, por lo que [los investigadores] podrían usar estos datos no solo para estudiar el estrés por sequía, sino también para estudiar el desarrollo de las plantas", dijo Lemaux.
Los investigadores notaron algunos patrones interesantes en los datos del transcriptoma. Primero, encontraron que un conjunto de genes conocidos por ayudar a la planta a fomentar las relaciones simbióticas con un tipo de hongo que vive alrededor de sus raíces se apagó en condiciones de sequía.de los genes exhibieron los cambios más dramáticos en la actividad genética que observaron.
"Eso fue interesante, porque insinuó que las plantas estaban apagando estas asociaciones [con hongos] cuando estaban secas", dijo John Vogel, científico del personal de JGI y coautor del artículo. "Eso encajó bien conhallazgos que mostraron que la abundancia de estos hongos alrededor de las raíces estaba disminuyendo al mismo tiempo "
Segundo, notaron que ciertos genes conocidos por estar involucrados con la fotosíntesis también se desactivaron en respuesta a la sequía y aparecieron durante la recuperación de la sequía. Si bien el equipo aún no sabe por qué estos cambios podrían ayudar a la planta, brindan pistas interesantespara seguimiento, dijo Vogel.
Los datos en el documento actual muestran el transcriptoma de la planta tanto en condiciones normales como en condiciones de sequía en el transcurso de una sola temporada de crecimiento. En el futuro, el equipo también planea publicar datos de los otros dos años del experimento, tambiéncomo datos proteómicos y metabolómicos.
"La gente realmente ha evitado hacer este tipo de experimentos en el campo y, en cambio, los realiza bajo condiciones controladas en el laboratorio o en el invernadero. Pero creo que la inversión de tiempo y recursos que invertimos valdrá la pena, en la calidad de las respuestas que obtenemos, en términos de comprender las situaciones de sequía en el mundo real ", dijo Lemaux.
Esta investigación fue financiada en parte por la subvención del Departamento de Energía DOE DE-SC001408; la subvención de la Fundación Gordon y Betty Moore GBMF3834; la subvención de la Fundación Alfred P. Sloan 2013-10-27; L'Ecole Normale Supérieure-CapitalEl presidente de ciencia de datos de la Gestión del Fondo y la Oficina de Investigación Biológica y Ambiental del DOE otorgan el documento DE-SC0012460. El trabajo realizado por el Instituto Conjunto del Genoma del DOE cuenta con el apoyo de la Oficina de Ciencia del contrato del DOE DE-AC02-05CH11231.
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Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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