Un equipo de científicos dirigido por el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía descubrió el gen específico que controla una importante relación simbiótica entre las plantas y los hongos del suelo, y facilitó con éxito la simbiosis en una planta que generalmente lo resiste.
El descubrimiento podría conducir al desarrollo de bioenergía y cultivos alimentarios que puedan soportar condiciones de crecimiento adversas, resistir patógenos y plagas, requerir menos fertilizantes químicos y producir plantas más grandes y más abundantes por acre.
Los científicos en los últimos años han desarrollado una comprensión más profunda de la compleja relación que las plantas tienen con los hongos micorrícicos. Cuando se unen, los hongos forman una envoltura alrededor de las raíces de las plantas con beneficios notables. La estructura fúngica se extiende lejos del huésped de la planta, aumentando los nutrientesabsorben e incluso se comunican con otras plantas para "advertir" de la propagación de patógenos y plagas. A cambio, las plantas alimentan el hongo con carbono, lo que estimula su crecimiento.
Se cree que estas simbiosis micorrícicas han apoyado la antigua colonización de la tierra por las plantas, permitiendo ecosistemas exitosos como vastos bosques y praderas. Se estima que el 80% de las especies de plantas tienen hongos micorrícicos asociados con sus raíces.
"Si podemos entender el mecanismo molecular que controla la relación entre las plantas y los hongos beneficiosos, entonces podemos comenzar a usar esta simbiosis para adquirir condiciones específicas en las plantas, como resistencia a la sequía, patógenos, mejora de la absorción de nitrógeno y nutrición y más".dijo el genetista molecular ORNL Jessy Labbe. "Las plantas resultantes crecerían más y necesitarían menos agua y fertilizantes, por ejemplo".
Encontrar los desencadenantes genéticos en una planta que permiten que ocurra la simbiosis ha sido uno de los temas más desafiantes en el campo de la planta. El descubrimiento, descrito en Plantas naturales , llegó después de 10 años de investigación en ORNL y las instituciones asociadas que exploran formas de producir mejores cultivos de materia prima de bioenergía como Populus o el árbol de álamo. El trabajo se logró mediante mejoras durante la última década en secuenciación genómica, genética cuantitativa y computación de alto rendimiento, combinada con biología experimental.
Los científicos estudiaban la simbiosis formada por ciertas especies de Populus y el hongo Laccaria bicolor L. bicolor . El equipo utilizó recursos de supercomputación en la Instalación de Computación de Liderazgo de Oak Ridge, una instalación de usuario de la Oficina de Ciencia del DOE en ORNL, junto con secuencias de genoma producidas en el Instituto Conjunto del Genoma del DOE, una instalación de usuario de la Oficina de Ciencia del DOE en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, para reducir la búsqueda a una proteína receptora particular, PtLecRLK1. Una vez que identificaron el posible gen candidato, los investigadores llevaron al laboratorio para validar sus hallazgos.
"La validación experimental es la clave de este descubrimiento ya que el mapeo genético reveló asociaciones estadísticas entre la simbiosis y este gen, pero las validaciones experimentales proporcionaron una respuesta definitiva de que es este gen en particular el que controla la simbiosis", dijo el biólogo molecular de plantas de ORNL Jay Chen.
Los investigadores eligieron Arabidopsis , una planta que tradicionalmente no interactúa con el hongo L. bicolor e incluso lo considera una amenaza para sus experimentos. Crearon una versión de ingeniería de la planta que expresa la proteína PtLecRLK1, y luego inocularon las plantas con el hongo. El hongo L. bicolor envolvió completamente las puntas de las raíces de la planta, formando una vaina fúngica indicativa de la formación de simbiontes.
"Demostramos que podemos convertir un no huésped en un huésped de este simbionte", dijo el genetista cuantitativo ORNL Wellington Muchero. "Si podemos hacer Arabidopsis interactúe con este hongo, entonces creemos que podemos hacer que otros cultivos de biocombustibles como el pasto de pasto, o los cultivos alimenticios como el maíz también interactúen y confieran exactamente los mismos beneficios. Abre todo tipo de oportunidades en diversos sistemas de plantas. Sorprendentemente, un gen estodo lo que necesita."
Los científicos de la Universidad de Wisconsin-Madison, la Universidad de Lorraine en Francia y el Instituto HudsonAlpha de Biotecnología en Alabama también contribuyeron al proyecto. El trabajo fue apoyado por la Oficina de Ciencia del DOE, el Centro de Innovación Bioenergética CBI del DOEy su predecesor, el BioEnergy Science Center BESC. Uno de los objetivos clave de CBI es crear cultivos sostenibles de materia prima de biomasa utilizando genómica e ingeniería vegetal. Tanto BESC como CBI han desarrollado enfoques experimentales y computacionales que aceleran la identificación de la función genética en las plantas.
"Este es un logro notable que podría conducir al desarrollo de cultivos bioenergéticos con la capacidad de sobrevivir y prosperar en tierras marginales no agrícolas", dijo el director del CBI Jerry Tuskan. "Podríamos apuntar hasta 20-40 millonesacres de tierra marginal con cultivos de bioenergía resistentes que necesitan menos agua, lo que aumenta las perspectivas de economías rurales exitosas y de base biológica que ofrezcan alternativas sostenibles para la gasolina y las materias primas industriales ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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