Identifican gen que ayudará a desarrollar plantas para combatir el cambio climático

Identifican gen que ayudará a desarrollar plantas para combatir el cambio climático

El hallazgo del equipo de Salk impulsará la iniciativa para reducir el carbono atmosférico a través de las plantas

LA JOLLA—Redes subterráneas ocultas de raíces de plantas serpentean a través de la tierra en busca de nutrientes y agua, de forma similar a un gusano en busca de comida. Sin embargo, los mecanismos genéticos y moleculares que gobiernan qué partes del suelo exploran las raíces siguen siendo en gran parte desconocidos. Ahora, los investigadores del Instituto Salk han descubierto un gen que determina si las raíces crecen profundas o superficiales en el suelo.

Además, los hallazgos, publicados en Celular el 11 de julio de 2019, también permitirá a los investigadores desarrollar plantas que puedan ayudar a combatir el cambio climático como parte de Salk's Iniciativa de aprovechamiento de plantas. La iniciativa tiene como objetivo cultivar plantas con raíces más robustas y profundas que pueden almacenar mayores cantidades de carbono bajo tierra durante más tiempo para reducir el CO₂ en la atmósfera. La iniciativa Salk recibirá más de $35 millones de más de 10 individuos y organizaciones a través de The Audacious Project para avanzar en este esfuerzo.

“Estamos increíblemente entusiasmados con este primer descubrimiento en el camino hacia la realización de los objetivos de la Iniciativa de aprovechamiento de plantas”, dice el profesor asociado. Wolfgang Busch, autor principal del artículo y miembro del Laboratorio de Biología Molecular y Celular de Plantas de Salk, así como de su Laboratorio de Biología Integrativa. “Reducción del CO atmosférico₂ niveles es uno de los grandes desafíos de nuestro tiempo, y personalmente es muy significativo para mí trabajar para encontrar una solución”.

En el nuevo trabajo, los investigadores utilizaron la planta modelo thale cress (Arabidopsis thaliana) para identificar genes y sus variantes que regulan el funcionamiento de la auxina, una hormona que es un factor clave en el control de la arquitectura del sistema radicular. Aunque se sabía que la auxina influía en casi todos los aspectos del crecimiento de las plantas, no se sabía qué factores determinaban cómo afectaba específicamente a la arquitectura del sistema radicular.

"Para ver mejor el crecimiento de las raíces, desarrollé y optimicé un método novedoso para estudiar los sistemas de raíces de las plantas en el suelo", dice el primer autor Takehiko Ogura, becario postdoctoral en el laboratorio de Busch. “Las raíces de a. thaliana son increíblemente pequeños, por lo que no son fácilmente visibles, pero al cortar la planta por la mitad, podríamos observar y medir mejor la distribución de las raíces en el suelo”.

El equipo encontró que un gen, llamado EXOCIST70A3, regula directamente la arquitectura del sistema radicular al controlar la vía de las auxinas sin interrumpir otras vías. EXOCISTE70A3 hace esto al afectar la distribución de PIN4, una proteína conocida por influir en el transporte de auxina. Cuando los investigadores alteraron el EXOCISTE70A3 gen, encontraron que la orientación del sistema de raíces cambió y más raíces crecieron más profundamente en el suelo.

“Los sistemas biológicos son increíblemente complejos, por lo que puede ser difícil conectar los mecanismos moleculares de las plantas con una respuesta ambiental”, dice Ogura. "Al vincular cómo este gen influye en el comportamiento de la raíz, hemos revelado un paso importante en cómo las plantas se adaptan a los entornos cambiantes a través de la vía de las auxinas".

Además de permitir que el equipo desarrolle plantas que puedan desarrollar sistemas de raíces más profundos para, en última instancia, almacenar más carbono, este descubrimiento podría ayudar a los científicos a comprender cómo las plantas abordan la variación estacional de las precipitaciones y cómo ayudar a las plantas a adaptarse a los climas cambiantes.

“Esperamos utilizar este conocimiento de la ruta de las auxinas como una forma de descubrir más componentes relacionados con estos genes y su efecto en la arquitectura del sistema radicular”, agrega Busch. “Esto nos ayudará a crear plantas de cultivo mejores y más adaptables, como la soja y el maíz, que los agricultores pueden cultivar para producir más alimentos para una población mundial en crecimiento”.

Otros autores incluyeron a Santosh B. Satbhai de Salk junto con Christian Goeschl, Daniele Filiault, Madalina Mirea, Radka Slovak y Bonnie Wolhrab del Instituto Gregor Mendel en Austria.

El trabajo fue apoyado por fondos de la Academia de Ciencias de Austria a través del Instituto Gregor Mendel junto con una subvención del Fondo de Ciencias de Austria (FWF I2377-B25) y fondos del Instituto Salk de Estudios Biológicos.

Acerca de la Iniciativa de Aprovechamiento de Plantas:

El cambio climático representa una amenaza inmediata para nuestro futuro. El aumento de las temperaturas debido al exceso de dióxido de carbono en la atmósfera ha llevado a patrones climáticos cada vez más extremos y peligrosos que amenazan a los animales y las plantas por igual. La Iniciativa de Aprovechamiento de Plantas (HPI) del Instituto Salk es un enfoque innovador, escalable y audaz para combatir el cambio climático mediante la optimización de la capacidad natural de una planta para capturar y almacenar carbono y adaptarse a diversas condiciones climáticas. Este enfoque puede ayudar a extraer y almacenar más carbono y eso, combinado con otros esfuerzos globales, mitigará los efectos desastrosos del cambio climático mientras proporciona más alimentos, combustible y fibra para una población en crecimiento.
Conoce más en salk.edu/harnessingplants

Sobre el Instituto Salk de Estudios Biológicos:

Toda cura tiene un punto de partida. El Instituto Salk encarna la misión de Jonas Salk de atreverse a hacer realidad los sueños. Sus científicos galardonados y de renombre internacional exploran los fundamentos mismos de la vida, buscando nuevos conocimientos en neurociencia, genética, inmunología, biología vegetal y más. El Instituto es una organización independiente sin fines de lucro y un hito arquitectónico: pequeño por elección, íntimo por naturaleza y valiente ante cualquier desafío. Ya sea cáncer o Alzheimer, envejecimiento o diabetes, Salk es donde comienzan las curas.

DOI: 10.1016 / j.cell.2019.06.021