Ayudando a las plantas a bombear hierro

Ayudando a las plantas a bombear hierro

Los investigadores de Salk identifican variantes genéticas que ayudan a las plantas a crecer en ambientes bajos en hierro, lo que podría mejorar el rendimiento de los cultivos

LA JOLLA—Al igual que las personas, las plantas necesitan hierro para crecer y mantenerse saludables. Pero algunas plantas obtienen mejor este nutriente esencial del suelo que otras. Ahora, un estudio dirigido por un investigador del Instituto Salk descubrió que las variantes de un solo gen pueden determinar en gran medida la capacidad de una planta para prosperar en entornos donde el hierro es escaso.

La obra, que aparece en Nature Communications el 24 de mayo de 2017, podría conducir a mejores rendimientos de cultivos para los agricultores y fuentes dietéticas más ricas de hierro para animales y humanos.

“Casi toda la vida en la Tierra se basa en plantas: los animales comen plantas y nosotros comemos animales o plantas”, dice Wolfgang Busch, profesor asociado en el Laboratorio de Biología Molecular y Celular de Plantas de Salk y autor principal del nuevo artículo. "Es muy importante para nosotros entender cómo las plantas resuelven el problema de obtener hierro porque, aunque generalmente es abundante en la Tierra, la forma que las plantas pueden usar es en realidad escasa".

El trabajo actual, dirigido por Busch y que incluye investigadores de la Universidad de Austria Instituto Gregor Mendel de Biología Molecular de Plantas (donde Busch se basó anteriormente) se centró en la hierba bien estudiada Arabidopsis thaliana, un pariente del repollo y la mostaza. ellos obtuvieron Arabidopsis semillas de cepas que se producen naturalmente en toda Suecia, que tiene una variedad de suelos, incluidos algunos que son muy bajos en hierro. El equipo estaba particularmente interesado en las cepas que se han adaptado a suelos bajos en hierro y pueden desarrollar una raíz larga (un marcador de salud) incluso en esas malas condiciones.

Los investigadores cultivaron las semillas en condiciones bajas en hierro, midiendo el crecimiento de sus raíces en el camino. Luego emplearon un método de vanguardia llamado Genome Wide Association Study (GWAS), que asocia los genes con un rasgo de interés, en este caso, la longitud de la raíz. Un gen llamado 2 francos se destacó por tener una fuerte conexión con la longitud de la raíz. Diferentes versiones de la 2 francos El gen ("variantes") se dividía en dos grupos, los que estaban asociados con una raíz corta y los que estaban asociados con una raíz larga.

Para averiguar si las variantes de 2 francos estaban causando la diferencia (en lugar de simplemente estar asociados con ella), el equipo cultivó semillas cuyas 2 francos el gen había sido desactivado. Todas las plantas en las que el 2 francos el gen había sido desactivado ahora tenía raíces atrofiadas. Luego, el equipo volvió a colocar una variante u otra variante del gen y nuevamente cultivó las plantas en condiciones bajas en hierro. Las variantes para raíces largas crecieron mejor que las variantes para raíces cortas. Juntos, los experimentos mostraron que, de hecho, las variantes genéticas que confieren una mayor actividad de la 2 francos El gen puede ser en gran parte responsable del crecimiento de las raíces y la salud de las plantas en condiciones bajas en hierro. (Bajo condiciones normales, 2 francos no está activado).

“Pensamos que mediante el uso de un conjunto geográficamente restringido de Arabidopsis thaliana cepas, pudimos abordar las adaptaciones de las plantas locales con respecto al crecimiento de las raíces en condiciones de deficiencia de hierro, y lo hicimos”, dice Santosh Satbhai, investigador asociado de Salk y primer autor del artículo. “Esperamos que la comunidad agrícola pueda beneficiarse de esta información”.

La 2 francos El gen es común a todas las plantas, por lo que aumentar su expresión en los cultivos alimentarios o encontrar variantes que prosperen en suelos pobres podría ser importante para aumentar el rendimiento de los cultivos frente al crecimiento de la población y las amenazas del calentamiento global a las tierras cultivables.

“Al menos dos mil millones de personas en todo el mundo sufren actualmente de desnutrición de hierro. Cualquier cosa que podamos hacer para mejorar el contenido de hierro de las plantas ayudará a mucha gente”, añade Busch.

Otros autores incluyeron a Claudia Setzer, Florentina Freynschlag, Radka Slovak y Envel Kerdaffrec de la Instituto Gregor Mendel.

El trabajo fue financiado por la Academia de Ciencias de Austria a través del Instituto Gregor Mendel (GMI) y un Fondo de ciencia austriaco (FWF) proyecto independiente (P27163-B22).