Después de varios años de experimentación, los científicos han diseñado el berro de thale, o Arabidopsis thaliana, para que se comporte como una planta suculenta, mejorando la eficiencia del uso del agua, la tolerancia a la salinidad y reduciendo los efectos de la sequía.puede usarse en otras plantas para mejorar la tolerancia a la sequía y la salinidad con el objetivo de trasladar este enfoque a cultivos alimentarios y bioenergéticos.
"El tejido para almacenar agua es una de las adaptaciones más exitosas en las plantas que les permite sobrevivir largos períodos de sequía. Este rasgo anatómico será más importante a medida que aumenten las temperaturas globales, aumentando la magnitud y la duración de los eventos de sequía durante el siglo XXI", dijo el profesor de bioquímica y biología molecular de la Universidad de Nevada, John Cushman, coautor de un nuevo artículo científico sobre la suculencia del tejido vegetal publicado en el Diario de la planta .
El trabajo se combinará con otro de los proyectos de Cushman: diseñar otro rasgo llamado metabolismo del ácido crasuláceo CAM, un modo de fotosíntesis que conserva el agua que se puede aplicar a las plantas para mejorar la eficiencia del uso del agua.
"Las dos adaptaciones funcionan de la mano", dijo Cushman, de la Facultad de Agricultura, Biotecnología y Recursos Naturales de la Universidad. "Nuestro objetivo general es diseñar CAM, pero para hacerlo de manera eficiente necesitábamos diseñarUna anatomía de la hoja que tenía células más grandes para almacenar el ácido málico que se acumula en la planta durante la noche. Una ventaja adicional era que estas células más grandes también servían para almacenar agua para superar la sequía y diluir la sal y otros iones captados por la planta.más tolerante a la sal "
Cuando una planta absorbe dióxido de carbono, lo atraviesa por los poros de la hoja, llamados estomas. Abren sus estomas para que el dióxido de carbono ingrese, y luego se fija en azúcares y todos los demás compuestos que sostienen la mayor parte de la vida.tierra. Pero, cuando los estomas se abren, no solo entra dióxido de carbono, sino que también sale vapor de agua, y debido a que las plantas transpiran para enfriarse, pierden enormes cantidades de agua ".
El equipo de científicos de Cushman creó A. thaliana genéticamente modificada con un mayor tamaño de células, lo que resultó en plantas más grandes con mayor grosor de la hoja, más capacidad de almacenamiento de agua y menos y menos poros estomáticos abiertos para limitar la pérdida de agua de la hoja debido a la sobreexpresión deun gen, conocido como VvCEB1 por los científicos. El gen está involucrado en la fase de expansión celular del desarrollo de las bayas en las uvas para vino.
La suculencia tisular resultante tiene dos propósitos.
"Las células más grandes tienen vacuolas más grandes para almacenar malato por la noche, que sirve como fuente de carbono para la liberación y refijación de dióxido de carbono, por lo que se llama acción de la enzima Rubisco, durante el día detrás de los poros estomatales cerrados, lo que limita la fotorrespiración y la pérdida de agua" Cushman"Y el tejido suculento atrapa el dióxido de carbono que se libera durante el día de la descarboxilación del malato para que Rubisco pueda volver a fijarlo más eficientemente".
Uno de los principales beneficios de la sobreexpresión del gen VvCEB1 fue la mejora observada en la eficiencia instantánea e integrada del uso del agua de toda la planta, que aumentó hasta 2.6 veces y 2.3 veces, respectivamente. La eficiencia del uso del agua es la proporción de carbonofijo o de biomasa producida a la tasa de transpiración o pérdida de agua por la planta. Estas mejoras se correlacionaron con el grado de grosor de la hoja y la suculencia del tejido, así como con una menor densidad de poro estomatal y aberturas de poro reducidas.
"Probamos una cantidad de genes candidatos, pero solo observamos este notable fenotipo con el gen VvCEB1", dijo Cushman. "Por lo general, examinaremos entre 10 y 30 líneas transgénicas independientes, y luego estas crecen durante dos o tres generacionesantes de la prueba detallada "
Arabidopsis thaliana es un modelo poderoso para el estudio de los procesos de crecimiento y desarrollo en las plantas. Es una pequeña planta similar a la maleza que tiene un corto tiempo de generación de aproximadamente seis semanas y crece bien en condiciones de laboratorio donde produce grandes cantidades de semillas.
Se espera que la suculencia tisular diseñada proporcione una estrategia efectiva para mejorar la eficiencia del uso del agua, evitar o atenuar la sequía, tolerar la salinidad y optimizar el rendimiento de la CAM.
Las plantas CAM son muy inteligentes, mantienen sus estomas cerrados durante el día y solo los abren por la noche cuando la evapotranspiración es baja porque está más fresca y el sol no brilla, explicó Cushman. El significado de CAM se encuentra en su capacidad únicapara conservar agua. Donde la mayoría de las plantas absorben dióxido de carbono durante el día, las plantas CAM lo hacen por la noche.
"Esencialmente, las plantas CAM son de cinco a seis veces más eficientes en el uso del agua, mientras que la mayoría de las plantas son muy ineficientes en cuanto al agua", dijo. "La suculencia tisular asociada con CAM y otros rasgos adaptativos como cutículas más gruesas y la acumulación de ceras epicuticulares, significa que pueden reducir el calentamiento de las hojas durante el día al reflejar parte de la luz que golpea la hoja. Muchas plantas CAM adaptadas al desierto también tienen una mayor capacidad de tolerar altas temperaturas ".
Se espera que la demanda de productos agrícolas aumente hasta en un 70% para atender a una población humana en crecimiento, que se pronostica alcanzará alrededor de 9.600 millones en 2050, Cushman y su equipo están buscando estas soluciones biotecnológicas para abordar la posible alimentación y bioenergía futurasescasez.
"Planeamos trasladar tanto la suculencia de tejidos como la ingeniería CAM a las plantas de cultivo. Este trabajo actual es una prueba de concepto", dijo Cushman.
El trabajo fue financiado por el Departamento de Energía, Oficina de Ciencia, Programa de Ciencias Genómicas.
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Materiales proporcionado por Universidad de Nevada, Reno . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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