Ya sea cebada, trigo, maíz o arroz: la familia de las gramíneas incluye todos los cereales principales. Son vitales para alimentar a la población mundial. Los agricultores producen el 80% de todos los alimentos de origen vegetal a partir de cultivos de pasto. Este éxito se debe en parte ala capacidad de las plantas para adaptarse más rápidamente a las condiciones secas y soportar la falta de agua mejor que otras plantas.
Pero, ¿por qué los pastos son más tolerantes a la escasez de agua? ¿Se pueden cultivar otros cultivos alimentarios para esta propiedad también para asegurar o aumentar los rendimientos agrícolas en el futuro? Esto podría ser importante frente a una población mundial en crecimiento y el cambio climático queimplicará más períodos de clima seco y caluroso.
Los investigadores de plantas, el profesor Rainer Hedrich, el profesor Dietmar Geiger y el Dr. Peter Ache de Julius-Maximilians-Universität Würzburg JMU en Baviera, Alemania, están investigando estas preguntas. Estudiaron la cebada cervecera para determinar por qué las hierbas son más estresantes.tolerantes y, por lo tanto, son plantas de cultivo "mejores" que las papas y similares.
Dos aminoácidos marcan la diferencia
Los científicos descubrieron que esta diferencia se puede atribuir a la proteína SLAC1 de las células protectoras. Solo dos aminoácidos, los componentes básicos que componen las proteínas, son responsables de la tolerancia a la sequía de la planta. "Ahora queremos averiguar si estotambién se puede aprovechar una pequeña diferencia para hacer que las papas, los tomates o la colza sean más tolerantes al estrés ", dice Rainer Hedrich.
Las nuevas ideas se han publicado en la revista Biología actual donde Hedrich, Geiger y Ache describen cómo identificaron la pequeña diferencia entre pastos y otras plantas.
el transporte de iones es un proceso clave
Los investigadores de JMU comenzaron a escudriñar los poros de las hojas microscópicamente pequeños llamados estomas. Estas aberturas admiten dióxido de carbono para la fotosíntesis en la planta. Pero también sirven como salidas para el agua. Para evitar perder demasiada agua por evaporación, las plantas terrestres han aprendido durante la evolución aabren y cierran activamente sus estomas utilizando células protectoras especiales. Las proteínas de membrana como SLAC1 juegan un papel clave en este proceso regulador: actuando como canales, guían los iones hacia adentro y hacia afuera de las células.
Hedrich está convencido de que una comprensión básica de los sucesos moleculares durante el transporte de iones a través de la membrana plasmática de las células de protección es la clave para mejorar la tolerancia a la sequía y el rendimiento de las plantas agrícolas.
los transportadores de iones hacen que los poros de las hojas sean más eficientes
Los estomas de las gramíneas tienen una característica especial: el poro está bordeado por dos pares de células donde otras plantas solo tienen un par de células. Los cereales para gramíneas cuentan con dos células protectoras en forma de pesa que forman y regulan el poro. Además, sonflanqueado por dos celdas subsidiarias.
Los investigadores de la JMU han demostrado que las células subsidiarias absorben y almacenan el potasio y el cloruro de las células protectoras cuando se cierra el poro. Cuando se abre el estoma, devuelven los iones a las células protectoras. "Nuestros cereales utilizan las células subsidiarias comoun depósito dinámico para iones osmóticamente activos. Este servicio de lanzadera de iones entre la celda de protección y la celda subsidiaria permite que la planta regule los poros de manera particularmente eficiente y rápida ", explica Dietmar Geiger.
Dos sistemas de medición para una mayor resistencia a la sequía
Existe un segundo mecanismo que hace que los pastos sean más tolerantes a las condiciones secas. Cuando el agua es escasa, las plantas producen la hormona del estrés ABA ácido abscísico. Dentro de las células de guarda, activa los canales iónicos de la familia SLAC1, iniciando así lacierre de los estomas para evitar que la planta se marchite en cuestión de minutos.
"Curiosamente, encontramos que el nitrato debe estar presente en la elaboración de cebada y otros cereales herbáceos además de ABA para permitir que se cierre el poro", dice Peter Ache. La concentración de nitrato permite que la cebada mida la forma en la que se encuentra la fotosíntesis.Si funciona sin problemas, los niveles de nitrato son bajos.
Por lo tanto, la cebada se basa en dos sistemas de medición: utiliza ABA para registrar la disponibilidad de agua y nitrato para evaluar el rendimiento de la fotosíntesis ". Al combinar los dos, la cebada es más capaz que otras plantas para negociar entre los extremos de 'morir de hambre' y'morir de sed' ante la escasez de agua ", explica Rainer Hedrich
Prueba del sensor de nitrato en otras plantas
¿Qué mecanismo es responsable de la diferencia en la regulación de los estomas a nivel molecular? Para responder esto, los investigadores analizaron los canales SLAC1 de varias plantas herbáceas en comparación con las gramíneas. Esto les permitió identificar el "sensor de nitrato" de las gramíneas: escompuesto por un motivo de dos aminoácidos que se produjo por primera vez en el musgo durante la evolución y posteriormente se optimizó aún más para dar a las células de guarda sus propiedades únicas.
En un siguiente paso, el equipo de investigadores quiere establecer si los cultivos agrícolas herbáceos también se benefician de tener un sensor de nitrato. Para lograr esto, los científicos quieren adaptar las plantas de arabidopsis que carecen del canal SLAC1 con el canal SLAC1 de la cebada ".Si este paso aumenta su tolerancia al estrés, podemos considerar el cultivo optimizado de patatas, tomates o colza ", dice Hedrich.
Financiado en el programa BayKlimaFit
Las actividades de investigación se llevaron a cabo dentro del alcance del consorcio bávaro BayKlimaFit. Su objetivo es encontrar estrategias para hacer que los cultivos alimentarios sean aptos para el cambio climático. El consorcio recibe fondos del Ministerio de Medio Ambiente y Protección del Consumidor del Estado de Baviera.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Würzburg . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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