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Cómo logrará la planta del arroz sobrevivir inundaciones y sequías
Hay nuevas estrategias para salvar un grano crucial para la alimentación de la humanidad
Las plantas son como nosotros, también tienen técnicas para lidiar con el estrés. Así que los científicos están documentando esos secretos de las plantas para combatir el estrés y con ello salvar de los cambios climáticos a uno de cultivos más importantes en la faz de la Tierra.
“Este cultivo es la principal fuente de calorías para más del 45 por ciento de la humanidad, pero su cosecha está en peligro”, señaló Julia Bailey-Serres, genetista de UCR y líder del estudio. “Las inundaciones compiten con las sequías en torno a los daños causados a los cultivos de los granjeros cada año en los Estados Unidos”.
Un equipo dirigido por expertos de la Universidad de California en Riverside ha descubierto qué es lo que le pasa a las raíces de las plantas del arroz, cuando se enfrentan a dos tipos de situaciones estresantes: mucha agua o poca agua. Estas observaciones forman las bases para nuevas estrategias de protección.
Si bien es posible que el arroz florezca en suelos inundados, las plantas rinden menos o incluso mueren si el agua es demasiado profunda durante mucho tiempo. El estudio simuló inundaciones prolongadas de cinco días o más, un tiempo en que las plantas se quedaron completamente sumergidas. También se simularon condiciones de sequía.
Los investigadores examinaron en particular la respuesta de las raíces en ambas condiciones, porque las raíces son las primeras en responder de manera invisible al estrés causado por inundaciones o sequías.
Esta investigación ha sido publicada en un nuevo ensayo publicado en el diario Developmental Cell.
Una de las principales cosas que descubrieron es una sustancia parecida al corcho, llamada suberina, que producen las raíces del arroz en respuesta al estrés y les ayuda a protegerse tanto de las inundaciones como de las sequías.
“La suberina es una molécula lípida que ayuda a que cualquier agua que absorben las raíces llegue hasta los brotes de la planta y a que el oxígeno de los brotes llegue a las raíces”, explicó Bailey-Serres. “Si reforzamos la capacidad de la planta de crear suberina, entonces, el arroz tiene más posibilidades de sobrevivir en todo tipo de climas”.
Los investigadores pudieron identificar una red de genes que controlan la producción de suberina y podrán usar esa información para la edición de genes o la reproducción selectiva.
“Entender a la suberina es particularmente emocionante porque no es susceptible a la descomposición por los microbios del suelo, por lo que el carbono que la planta pone en las moléculas de la suberina en las raíces se queda atrapado en el suelo”, dijo Alex Borowsky, biólogo computacional y coautor del estudio. “Esto significa que un incremento en la suberina podría ayudar a controlar los cambios climáticos al eliminar y almacenar el carbono de la atmosfera”.
“Uno de nuestros descubrimientos más interesantes, es que cuando las plantas de arroz se sumergen en el agua, el ciclo de crecimiento de la célula de la raíz hace una pausa, y luego se reactiva tan pronto como los brotes tienen acceso al aire”, manifestó Bailey-Serres.
En el futuro, el equipo de investigadores planea probar de qué manera la modificación de estas respuestas al estrés pueden hacer que la planta sea más resiliente tanto en condiciones húmedas como secas.
“Ahora que entendemos estas respuestas, contamos con una guía para realizar los cambios específicos al genoma del arroz que puede dar como resultado una planta más tolerante al estrés”, indicó Bailey-Serres.
Aunque tanto las lluvias intensas como las sequías son amenazas crecientes, Bailey-Serres tiene la esperanza de que la nueva tecnología genética pueda incrementar su resiliencia antes de que sea muy tarde.
“Con la edición del genoma, el hecho de que podamos hacer un cambio pequeño pero específico y proteger una planta de una enfermedad es asombroso. Aunque nuestros cultivos están bajo amenaza, las nuevas tecnologías nos dan una buena razón para mantener la esperanza”, agregó Bailey-Serre.
No hay que preocuparse al comer arroz y sus productos
“Encontramos rastros medibles de arsénico total en virtualmente cada producto (de arroz) que analizamos”, reportó el artículo.
Sin embargo, Carl Winter, especialista del Departamento de Nutrición de Extensión Cooperativa de UC en UC Davis, señaló que es muy pronto para recomendar cualquier cambio en la dieta debido a estos hallazgos.
“El arsénico es un elemento que ocurre de manera natural, que se encuentra en diversos niveles en muchos diferentes alimentos y en algunas aguas potables”, indicó Winter. “Lo hemos estado consumiendo toda nuestra vida. Es muy pronto para decir si está causando algún daño”.
El experto sugiere que la gente siga comiendo una dieta balanceada que incluya una gran variedad de alimentos mientras que los funcionarios federales a cargo de proteger el suministro alimentario de los Estados Unidos, emiten conclusiones científicas sobre la exposición de arsénico en las dietas.
El Departamento de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos se encuentra colectando miles de muestras de alimentos que contienen arroz para elaborar una base de datos que le permita establecer los niveles aceptables en los alimentos.
La información preliminar dada a conocer por el FDA el pasado mes de septiembre reveló que los niveles promedio de arsénico son de entre 3.5 a 6.7 microgramos por porción. Se anticipa que la recopilación de información concluya a finales de año.
“Se está tomando un enfoque científico en estos momentos para tener una idea real del nivel típico que consume la gente”, manifestó Winter. “Antes de que se lleve a cabo eso, es difícil decir si alguna población se encuentra en riesgo”.
El arsénico puede estar presente en algunos otros alimentos, pero la mayoría de los cultivos en realidad no absorben mucho arsénico de la tierra. El arroz es diferente porque se cultiva en campos inundados de agua. En un ambiente anaeróbico, el arsénico cambia a una forma que para las plantas es fácil de absorber.
Tolerante al agua y a la sequía
Imagínese si el arroz, ese grano semiacuático que típicamente se cultiva en terrenos anegados, pudiera tolerar tanto las inundaciones como las sequías Tal variedad de arroz podría beneficiar a productores y consumidores en todo el mundo, y además sería menos vulnerable a condiciones meteorológicas extremas que pueden surgir a causa de cambios climáticos.
Ahora, experimentos que se llevan a cabo en UC Riverside demuestran que este tipo de arroz ya existe. El grupo de investigación de la profesora en genética, Julia Bailey-Serres señala en un artículo reciente en The Plant Cell (La Célula de la Planta) que el tipo de arroz tolerante a inundaciones se recupera también más fácilmente de la sequía.
“La tolerancia a la inundación no reduce la tolerancia a la sequía en este tipo de plantas de arroz, y hasta parece beneficiarse cuando se enfrentan una sequía”, dice Bailey-Serres.
Ella y su equipo- Takeshi Fukao, investigador principal; y Elaine Yeung, estudiante de licenciatura- se enfocaron en el gene Sub1A que da al arroz la capacidad de tolerar una inundación o sumergimiento. El Sub1A hace que la planta entre en dormancia durante el sumergimiento, permitiendo que conserve su energía hasta que cese la crecida. De hecho, el arroz con el gene Sub1A puede sobrevivir más de dos semanas en condiciones de sumergimiento total.
Los productores de plantas ya han beneficiado a agricultores en todo el mundo –especialmente en el Sur de Asia – al transferir el Sub1A a variedades de arroz muy productivas, sin comprometer sus características más deseables, como alto rendimiento, buena calidad del grano, resistencia a plagas y enfermedades.
El laboratorio de Bailey-Serres encontró que además de proveer una fuerte tolerancia al sumergimiento, el gene Sub1A ayuda a sobrevivir en la sequía. Los investigadores informan que, al nivel molecular, el Sub1A sirve como punto convergente entre la respuesta al sumergimiento y a la sequía, permitiendo que la planta sobreviva y vuelva a crecer después de pasar por ambos extremos climáticos.
“El Sub1A coordina correctamente las respuestas sicológicas y moleculares al déficit celular hídrico cuando este déficit ocurre independientemente, como durante una época de sequía o después de salir a flote del sumergimiento, es decir cuando la crecida se retira”, dice Bailey-Serres quien fue la ganadora principal del Premio Nacional de Investigación por Iniciativas para Descubrimientos de USDA en el 2008.
Ahora ella y sus colegas en el Instituto Internacional de Investigaciones sobre el Arroz en Filipinas harán pruebas en el campo con el arroz Sub1A para comprobar su tolerancia a la sequía. ¿Qué otras implicaciones presenta esta investigación? La primera que viene a la mente es que el eslogan “¿Ya comió arroz?” se le debería quitar el signo de interrogación, y ponerle en cambio un ¡sólido signo de admiración!
Preparado por Iqbal Pittalwala
Adaptado al español por Norma De la Vega