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Un equipo de científicos diseña cultivos para conservar mejor el agua y resistir la sequía

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La agricultura ya monopoliza el 90% del agua dulce mundial, sin embargo, la producción aún necesita aumentar dramáticamente para alimentar a la creciente población de este siglo. Ahora, científicos han mejorado la forma en que un cultivo usa el agua en un 25 por ciento sin comprometer el rendimiento al alterar la expresión de un gen que se encuentra en todas las plantas, como se informa en 'Nature Communications'.

La investigación es parte del proyecto de investigación internacional 'Realizing Increased Photosynthetic Efficiency' (RIPE) que cuenta con el apoyo de la Fundación Bill & Melinda Gates, la Fundación para la Investigación de Alimentos y Agricultura y el Departamento de Desarrollo Internacional de Estados Unidos.

"Es un gran avance --dice el director de RIPE, Stephen Long, presidente de Plant Biology and Crop Sciences--. Los rendimientos de los cultivos han mejorado constantemente en los últimos 60 años, pero la cantidad de agua requerida para producir una tonelada de grano permanece sin cambios, lo que llevó a suponer que este factor no podría cambiar. Demostrar que nuestra teoría funciona en la práctica debería abrir la puerta a mucha más investigación y desarrollo para lograr este objetivo tan importante para el futuro".

El equipo internacional aumentó los niveles de una proteína fotosintética (PsbS) para conservar el agua engañando a las plantas para que cierren parcialmente sus estomas, los poros microscópicos en la hoja que permiten que el agua se escape. Las estomas son las guardianas de las plantas: cuando se abren, el dióxido de carbono entra en la planta para alimentar la fotosíntesis, pero se permite que el agua escape a través del proceso de transpiración.

La agricultura ya monopoliza el 90% del agua dulce mundial, sin embargo, la producción aún necesita aumentar dramáticamente para alimentar a la creciente población de este siglo

"Estas plantas tenían más agua de la que necesitaban, pero ese no siempre será el caso", afirma la coautora Katarzyna Glowacka, investigadora postdoctoral que dirigió este trabajo en el Instituto Carl R. Woese de Genómica Biológica (IGB) de la Universidad de Illinois, en Estados Unidos. "Cuando el agua es limitada, estas plantas modificadas crecerán más rápido y rendirán más, pagarán menos una penalización que sus contrapartes no modificadas", agrega.

Mejor distribución de los recursos hídricos

El equipo mejoró la eficiencia de uso de agua de la planta (la relación entre el dióxido de carbono que entra a la planta y el agua que se escapa) en un 25 por ciento sin sacrificar significativamente la fotosíntesis o el rendimiento en pruebas de campo en el mundo real. La concentración de dióxido de carbono en nuestra atmósfera ha aumentado en un 25 por ciento en los últimos 70 años, lo que permite a la planta acumular suficiente dióxido de carbono sin abrir completamente sus estomas. "La evolución no ha seguido el ritmo de este cambio rápido, por lo que los científicos le han ayudado", dice Long, que también es profesor de ciencias de cultivos en la Universidad de Lancaster, Reino Unido.

Cuatro factores pueden provocar que las estomas se abran y cierren: humedad, niveles de dióxido de carbono en la planta, la calidad de la luz y la cantidad de luz. Este estudio ha conseguido 'piratear' las respuestas estomáticas a la cantidad de luz. PsbS es una parte clave de una vía de señalización en la planta que transmite información sobre la cantidad de luz. Al aumentar el PsbS, la señal indica que no hay suficiente energía de luz para que la planta realice la fotosíntesis, lo que hace que las estomas se cierren, ya que no se necesita dióxido de carbono para alimentar la fotosíntesis.

Esta investigación complementa el trabajo anterior, publicado en 'Science', que mostró que el aumento de PsbS y otras dos proteínas pueden mejorar la fotosíntesis y aumentar la productividad hasta en un 20 por ciento. Ahora, el equipo planea combinar los hallazgos de estos dos estudios para mejorar la producción y el uso del agua al equilibrar la expresión de estas tres proteínas.

Para este estudio, el equipo probó su hipótesis usando tabaco, un cultivo modelo que es más fácil de modificar y más rápido de probar que otros cultivos. Ahora, aplicarán sus descubrimientos para mejorar la eficiencia en el uso del agua de cultivos alimentarios y probar su eficacia en condiciones de agua limitada.

"Hacer que las plantas de cultivo sean más eficientes en el uso del agua es sin duda el mayor desafío para los científicos de plantas actuales y futuros --subraya el coautor Johannes Kromdijk, investigador postdoctoral del IGB--. Nuestros resultados muestran que el aumento de la expresión de PsbS permite que las plantas de cultivo sean más conservadoras con el uso del agua, lo cual creemos que ayudará a distribuir mejor los recursos hídricos disponibles durante la temporada de crecimiento y a mantener el cultivo más productivo durante los periodos secos".

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