Desde los ecosistemas naturales hasta los campos de los agricultores, las plantas enfrentan un dilema de uso de energía: superar y competir con sus vecinos por la luz, o defenderse de los insectos y las enfermedades.
¿Pero qué pasaría si pudieras cultivar una planta que haga ambas cosas al mismo tiempo?
Un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Michigan es el primero en lograr esa hazaña, y el avance podría tener consecuencias fructíferas para los agricultores que intentan aumentar el rendimiento de los cultivos y alimentar a la creciente población del planeta.
"Hemos creado una combinación genética que nadie ha hecho antes", dijo el científico de plantas Gregg Howe, profesor de bioquímica y biología molecular de la Fundación MSU, que dirigió el estudio. "Obtuvimos un resultado inesperado y estos resultados dieron como resultadoser bastante interesante. Esta investigación puede abrir nuevas formas de pensar acerca de cómo los rasgos valiosos de las plantas se pueden combinar de formas novedosas y útiles ".
En un artículo publicado en la edición actual de Comunicaciones de la naturaleza Howe, miembro del Plant Research Lab en MSU, y su equipo describen cómo pudieron modificar una planta de Arabidopsis, un pariente de la mostaza, al "eliminar" tanto un represor de la hormona de defensa como un receptor de luzen la planta. Esta alteración genética le permitió a la planta crecer rápidamente y defenderse de los insectos al mismo tiempo.
"Normalmente, las plantas no pueden hacer ambas cosas. Generalmente se cree que las plantas tienen un presupuesto de energía fijo, y ponen esa energía en un proceso a expensas de otros procesos. Hay una compensación", dijo Howe. "Pero ennuestra planta no tiene un compromiso energético. Hemos alterado ese paradigma "
Las plantas en la naturaleza y la agricultura que están estresadas por la sequía, las enfermedades o los insectos generarán respuestas defensivas, y al mismo tiempo normalmente dejarán de crecer o crecerán más lentamente. Del mismo modo, cuando las plantas están sujetas a condiciones en las que deben crecer rápidamente, talescomo competir por la luz cuando los vecinos invaden, lo que se llama la respuesta para evitar la sombra, sus defensas se ven comprometidas.
"Este es el concepto de defensa del crecimiento: usted promueve la defensa pero al mismo tiempo abandona el crecimiento", dijo Howe. "Más crecimiento equivale a menos defensa, más defensa equivale a menos crecimiento. Pero hemos hecho algunos trucos genéticos paraconseguir una planta para hacer las dos cosas "
Las implicaciones de este avance podrían tener importantes aplicaciones prácticas en la agricultura a medida que la investigación continúa desarrollándose. Si los resultados del estudio pueden replicarse en plantas de cultivo, el trabajo podría tener beneficios directos para los agricultores que intentan alimentar a una población mundialse espera que alcance los nueve mil millones para el año 2050. Según la fundación Bill y Melinda Gates, la producción de alimentos deberá aumentar entre un 70 y un 100 por ciento para alimentar a esa creciente población.
"Pero podemos hacer esto en una planta de cultivo, eso es algo que queremos perseguir", dijo Howe sobre los próximos pasos en su investigación.
Una forma común para que los agricultores aumenten los rendimientos de los cultivos es aumentar la densidad de sus plantaciones. Esto deja que los cultivos en hileras, como el maíz o la soya, compitan entre sí por la luz, y al hacerlo, reducen sus defensas y las dejan.susceptibles a la infestación y la enfermedad. Para contrarrestar estos riesgos de producir cultivos densamente plantados, los agricultores deben aplicar pesticidas.
"Si podemos diseñar mejores plantas de maíz, podría empacarlas y estarían bien defendidas todo el tiempo sin pesticidas; esa es una dirección potencial que podría llevar a cabo esta investigación", dijo Howe. "Las compensaciones de defensa del crecimiento nos 'Hemos observado que no se encuentra solo en Arabidopsis, se encuentra en todas las plantas. Las vías de respuesta a la luz y a las hormonas que hemos modificado se encuentran en todos los cultivos principales ".
La investigación, financiada en parte por el Departamento de Energía de EE. UU., Ha revelado una conexión en las plantas entre los roles desempeñados por la señalización de defensa y la señalización de luz, procesos que activan los genes en respuesta al estrés ambiental. Resultados reveladores como estos llegaroncomo una sorpresa incluso para el equipo de investigación.
"Inicialmente era escéptico con respecto a la idea de investigación y pensé 'eso es una locura'. Pero tomamos el riesgo y demostró que valió la pena", dijo Howe. "Hemos cultivado una planta que puede tener su pastel y comerlo tambiénEl hecho de que se puede hacer es notable "
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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