Un nuevo estudio publicado por biólogos de Ludwig-Maximilians-Universitaet LMU en Munich demuestra que no hay soluciones simples o universales al problema de las plantas de ingeniería que les permitan hacer frente a los desafíos planteados por el cambio climático.
Para las plantas, el cambio climático promete una cosa segura: mayores niveles de estrés. Después de todo, las plantas echan raíces. No tienen la opción de moverse a donde el clima les convenga. Fluctuaciones más amplias en las temperaturas y niveles crecientesde aridez en muchas regiones del mundo ya están dificultando sus vidas. Las plantas son sistemas muy complejos y sensibles. Incluso en zonas con climas estables hoy en día, las variaciones en los niveles de luz pueden reducir las tasas de crecimiento y el rendimiento de los cultivos. Por ejemplo, las plantas se han desarrolladosofisticados mecanismos celulares que los protegen contra los efectos nocivos de las altas intensidades de luz en la fotosíntesis. En uno de estos procesos fotoprotectores, el exceso de energía de la luz se disipa en forma de calor antes de que pueda dañar el aparato fotosintético. Esto reduce los rendimientos, pero está muy presente en la planta.interesar.
Tres enzimas juegan un papel clave en este proceso de adaptación, que se conoce como V, P y Z para abreviar. En un artículo publicado en 2016, que llamó mucho la atención, un grupo de investigación estadounidense sobreexpresó los genes para estostres proteínas en las plantas de tabaco, aumentando así las cantidades de enzimas producidas en las hojas. Posteriormente observaron, en condiciones de campo, que estas líneas 'VPZ' crecieron a tasas más rápidas que las plantas de control con niveles normales de las enzimas. Biólogos de LMU Antoni García-Molina y Dario Leister ahora han realizado esencialmente el mismo experimento en la planta modelo Arabidopsis thaliana berro thale. Sus hallazgos aparecen en la revista Plantas naturales .
Sus resultados confirman que, como en el caso del tabaco, los niveles más altos de V, P y Z reducen las tasas de fotosíntesis mientras permiten que las plantas se adapten más rápidamente de hecho, incluso más rápido que el tabaco a niveles de luz fluctuantes., las líneas de Arabidopsis VPZ no crecieron más rápido que las plantas de control. Por el contrario, la sobreexpresión de las tres enzimas resultó en un crecimiento retardado ". Esto muestra claramente que no es tan fácil producir plantas que estén mejor adaptadas como algunos grupos de investigación han confiado con confianzasugerido, "observaciones de Leister". De hecho, los niveles más altos de fotoprotección pueden interferir con el funcionamiento de otros mecanismos que son importantes para el crecimiento de las plantas ".
Para Leister, estos datos demuestran esencialmente que la adaptación específica de las plantas para facilitar el ajuste exitoso a las condiciones climáticas cambiantes probablemente sea una tarea muy complicada. Ciertamente muestran que no siempre se puede esperar conferir una mayor resistencia a la desecación u optimizar los rendimientos bajo fluctuacionesniveles de luz simplemente ajustando los niveles de unas pocas proteínas ". Los procesos fisiológicos en las plantas están estrechamente interconectados. Esto hace que sea imposible predecir los efectos de accionar este interruptor o apretar ese tornillo", dice. Esto explica por qué él y sus colegasabordar el problema de la adaptación dirigida desde la perspectiva de la biología de sistemas, que adopta una visión "holística", como él la llama. Por ejemplo, los esfuerzos para aumentar el rendimiento o la biomasa aumentando la eficiencia de la fotosíntesis también deben garantizar que la energía extra disponiblede hecho, se canaliza hacia un mayor crecimiento. En principio, un rendimiento fotosintético mejorado debería dar como resultadoe captura de más energía y en niveles más altos de metabolitos.Pero esta energía extra y la abundancia de compuestos químicos deben utilizarse de manera beneficiosa.En ausencia de cualquier 'valor agregado', el aumento de las tasas de fotosíntesis puede ser perjudicial para las plantas.
El análisis de relaciones complejas como esta es la razón de ser del Centro Transregional de Investigación Colaborativa TR175, del cual Leister es el coordinador principal. Los científicos involucrados en el proyecto buscan comprender cómo reaccionan las plantas a los factores ambientales bióticos y abióticos,tales como la sequía, los niveles de luz y la temperatura, analizando su impacto en las concentraciones de todos los metabolitos, transcripciones y proteínas medibles en las células vegetales. Con la ayuda de estos datos, esperan identificar los componentes clave que permiten a las plantas hacer frente a diversas condicionesEn el caso de las plantas de cultivo que son indispensables para la nutrición humana, los mecanismos que subyacen a las compensaciones entre las tasas de crecimiento, los aumentos en la biomasa y los rendimientos también deben tenerse en cuenta. "En el contexto del cambio climático, la idea es ayudarplantas para adaptarse a las condiciones cambiantes mediante la introducción de cambios genéticos específicos que les permiten manejar los parámetros ambientales alterados, "Leister explainsLos investigadores se refieren a esta estrategia como 'evolución asistida'."Para tener una oportunidad realista de encontrar soluciones sostenibles, debemos adoptar un enfoque sistemático para la adaptación activa de las plantas a las condiciones ambientales cambiantes", dice.A este respecto, ya se han hecho algunos progresos en ciertas especies de algas que tienen tiempos de generación muy cortos, lo que permite detectar rápidamente instancias de adaptación exitosa.Tales sistemas pueden servir como fuentes de mutaciones genéticas potencialmente útiles que pueden introducirse en plantas verdes.
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Materiales proporcionado por Ludwig-Maximilians-Universität München . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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