Las plantas forman una vasta red de raíces subterráneas que buscan en el suelo los recursos necesarios. La estructura y función de esta red de raíces se puede adaptar en gran medida a entornos particulares como los suelos desérticos donde plantas como Mesquite desarrollan raíces de grifo capaces de excavar 50 metrosProfundo para capturar recursos hídricos preciosos. La excavación de los sistemas de raíces revela este tipo de adaptaciones, pero es laborioso, requiere mucho tiempo y no proporciona información sobre cómo se comportan las raíces en crecimiento.
Una nueva herramienta de imágenes de un equipo liderado por José Dinneny de Carnegie permite a los investigadores estudiar el crecimiento dinámico de los sistemas de raíces en el suelo y descubrir las vías de señalización molecular que controlan dicho crecimiento. Sus hallazgos iniciales usando este nuevo sistema son publicados por eLife .
A pesar de su importancia, las raíces siguen siendo una de las partes más misteriosas de la planta. No pueden estudiarse fácilmente ya que crecen ocultas en el suelo. La mayoría de lo que los científicos saben sobre las raíces hoy en día proviene de desenterrar raíces o cultivarlas en forma transparentemedios que no reflejan su entorno natural.
"Para visualizar los intrincados patrones de crecimiento y las funciones de las raíces, necesitábamos desarrollar un enfoque diferente", explicó Dinneny. "Estábamos muy conscientes de que el método tenía que permitirnos variar las condiciones, para presentar raíces con diferentes combinaciones decondiciones ambientales que simulan tensiones importantes como la sequía o el suelo de baja fertilidad "
El sistema de imágenes del equipo se llama GLO-Roots Observatorio de crecimiento y luminiscencia para raíces. Es una plataforma integrada para el cultivo de plantas en el suelo en vasos personalizados, imágenes de raíces usando bioluminiscencia y análisis de crecimiento de raíces, arquitectura y genes.expresión utilizando un software diseñado en colaboración con Guillaume Lobet en la Universidad de Lieja.
El sistema GLO-Roots implicó la ingeniería genética de las plantas para producir una enzima a partir de luciérnagas llamada luciferasa, que hace que brillen en la oscuridad del suelo. Las cámaras fotosensibles detectan la luz emitida por las raíces y permiten a los investigadoresdiscrimina entre las raíces y el suelo circundante. Usando múltiples luciferasas codificadas genéticamente, cada una emitiendo luz de una longitud de onda diferente, el equipo pudo rastrear simultáneamente la arquitectura del sistema radical completo y la expresión génica de plantas adultas.
"Las raíces crecen a través de un proceso de búsqueda de caminos, algo así como las neuronas, y deben tomar decisiones con respecto a qué dirección crecer y cuándo ramificarse. Esto está muy influenciado por la calidad del suelo y la ubicación del agua y los nutrientes. Nuestra capacidad para rastrear la expresión génica utilizandoGLO-Roots es un cambio de juego que permitirá una comprensión de los eventos moleculares que permiten estas decisiones fundamentales ", explicó Dinneny.
El laboratorio Dinneny utilizó GLO-Roots para estudiar la respuesta de las raíces al estrés ambiental relevante para la agricultura sostenible. Comprender cómo las condiciones ambientales y el estrés alteran la arquitectura de la raíz puede enseñar a los científicos cómo las plantas se adaptan a su entorno y también sobre la genética y la bioquímicaactividades subyacentes a estos procesos adaptativos.
Los hallazgos del equipo pueden ser particularmente importantes para comprender cómo las plantas sobreviven durante las sequías. El sistema GLO-Roots permitió a Dinneny y su equipo rastrear la tasa de crecimiento y la dirección de docenas de puntas de raíces simultáneamente y relacionar esto con la cantidad de agua presente en elRubén Réllan-Álvarez, el principal científico postdoctoral del proyecto y actual profesor asistente en Langebio, Cinvestav en Irapuato, México, descubrió que la sequía simulada causaba que las raíces crecieran más profundamente en la columna del suelo, presumiblemente permitiendo el acceso arecursos hídricos sin explotar.
"Este proyecto combina dos de las fortalezas históricas de Carnegie Science: el desarrollo de plataformas de imágenes avanzadas y la comprensión de cómo las plantas se aclimatan a su entorno. Nuestro estudio muestra que las raíces tienen varios trucos que permiten la recuperación eficiente del agua de su entorno", Réllan-Álvarezdijo.
El sistema GLO-Roots permitirá la caracterización de rutas genéticas que permitan la exploración eficiente del ambiente del suelo, lo que puede ser relevante para establecer estrategias para una agricultura sostenible y tolerante a la sequía.
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Materiales proporcionado por Institución Carnegie . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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