Identifican genes y proteínas para redirigir el nitrógeno en cultivos

Científicos del Servicio de Investigación Agrícola (ARS, por sus siglas en inglés) de Estados Unidos de América han identificado redes de genes y reguladores que permiten a las plantas redirigir el nitrógeno a diferentes partes. Esto podría apresurar el desarrollo de nuevas variedades para que sean más efectivas en cómo usan el nitrógeno, de acuerdo a un ensayo publicado en Nature, una revista de difusión científica.

     La bióloga molecular del Laboratorio de Investigación de Plantas, Suelo y Nutrición de la ARS Doreen Ware y su equipo identificaron 12 proteínas denominadas “factores de transcripción” que juegan roles específicos en cómo las plantas utilizan el nitrógeno. Ware rastreó estos factores de transcripción hasta los genes individuales que los controlan y hasta los genes en los cuales actúan.

Nitrógeno, un componente esencial

Los científicos saben que las plantas pueden activamente redirigir este elemento a sus diferentes partes —raíces, brotes, flores, semillas—, especialmente cuando la cantidad de nitrógeno disponible en el suelo es limitada. Pero hasta ahora no habían identificado los genes y proteínas precisos que conforman el sistema regulatorio de nitrógeno en toda la planta.

     El nitrógeno es esencial para las plantas. Es el componente principal para el crecimiento de casi todas sus estructuras: raíces, tallos, hojas y semillas. En el mundo, los productores usan cerca de 200 millones de toneladas de fertilizante cada año para incrementar el rendimiento de los cultivos. Pero el fertilizante de nitrógeno tiene un alto costo para los agricultores, y el nitrógeno aplicado no aprovechado por las plantas puede filtrarse desde los campos y dañar los mantos acuíferos y entrar a la atmósfera como gas de invernadero.

     “Lo que mi equipo y nuestros colaboradores en la Universidad de California-Davis (UC-Davis, por sus siglas en inglés) han identificado son redes de genes de las plantas que redirigen nitrógeno a esos lugares donde la planta se beneficia más cuando el nitrógeno tiene disponibilidad limitada”, dijo Ware.

Mejoramiento genético, nuevo camino

A como los científicos desenredan los detalles del sistema, creen que podría abrir nuevos caminos para el mejoramiento genético de plantas que respondan de una manera particular bajo diferentes condiciones ambientales.

     “Un día podríamos ser capaces de desarrollar tipos específicos de cultivos, pues un genetista podría saber exactamente qué clase de genes necesitan estar presentes para que un vegetal redirija el nitrógeno a sus raíces, primero en tiempos de disponibilidad limitada o cuando haya cambios de temperatura. O, con cultivos donde el rendimiento importante está en la semilla, como el trigo o la avena, los mejoradores genéticos podrían seleccionar plantas con genes para dirigir el nitrógeno a la semilla primero”, añadió Ware.

     Los investigadores además identificaron genes y factores de transcripción que ayudan a regular otros aspectos del crecimiento de la planta que involucra el nitrógeno, como incrementar el tamaño o retraso en el crecimiento en las plantas, desencadenando en la transición al florecimiento y otros procesos esenciales.

     Si las variedades de cultivos que selectivamente redirigen nitrógeno y otros nutrientes se pueden desarrollar, posiblemente podría reducir la cantidad de nitrógeno que los agricultores necesitan aplicar para maximizar el rendimiento.

Grandes avances

Ware y su equipo utilizaron enfoques computacionales y de biología molecular para identificar un conjunto de genes y factores de transcripción que sospechaban que las plantas pudieran utilizar para dirigir el nitrógeno.

     Esta ciencia  relativamente nueva de la biología computacional está logrando grandes avances para poner el desarrollo de variedades de cultivos en una base científicamente más precisa.

     La biología computacional es la ciencia que construye modelos que permiten a los investigadores integrar y analizar conjuntos muy grandes y diversos de mediciones experimentales para describir o predecir cómo reaccionará fisiológicamente un organismo.

Enlace del artículo: https://www.ars.usda.gov/news-events/news/research-news/2018/scientists-identify-genes-and-proteins-plants-use-to-redirect-nitrogen/