Investigación del CBV UNAB: Hacia el desarrollo de plantas resistentes a condiciones hostiles

El cambio climático, cuyos efectos en la productividad de los cultivos y la seguridad alimentaria mundial ya se observan, tiene el potencial de impactar fuertemente la agricultura a nivel local y regional. Un clima menos previsible, mayor frecuencia de extremos climáticos, cambios en los patrones de lluvia y reducción del suelo cultivable son algunos de los problemas a enfrentar, a la vez que crece la demanda de alimentos.

El rol de la ciencia en este sentido es esencial. Comprender mejor la relación entre las plantas y el ambiente, permite mejorar la producción con nuevas estrategias de agricultura sustentable y el desarrollo de plantas capaces de adaptarse y crecer en ambientes hostiles. Una reciente colaboración entre dos laboratorios de Chile y Argentina dio como resultado un paso adelante en esa dirección, al identificar cómo las células de las raíces de las plantas crecen significativamente en bajas temperaturas, aumentando su capacidad para absorber agua y nutrientes.

Pelos radicales o radiculares

Uno de los laboratorios es liderado por José Estevez, investigador del Centro de Biotecnología Vegetal (CBV) de la Universidad Andrés Bello y del Instituto Milenio de Biologia Integrativa (iBIO) en Chile, y de FIL-IIBBA en Argentina. El laboratorio de Estévez estudia los factores que regulan el crecimiento de las células llamadas “pelos radicales”, estructuras de las raíces de las plantas encargadas de absorber agua y nutrientes del suelo, así como de la interacción con microorganismos del suelo. Estas células son claves para el crecimiento de las plantas.

Por otro lado, el laboratorio dirigido por Federico Ariel, investigador del Instituto de Agrobiotecnología del Litoral (IAL/UNL-CONICET, Argentina), estudia los mecanismos epigenéticos que regulan el desarrollo de las plantas, es decir, cómo su comportamiento y el ambiente pueden causar cambios que afectan la forma en que funcionan sus genes.

“El puntapié inicial fue cuando pusimos las plantas a crecer a bajas temperaturas (10 grados) y no a 22 grados, como se hace habitualmente. Estas condiciones de frío le son desfavorables, el crecimiento se hace mucho más lento”, explica José Estévez. “Lo sorprendente fue descubrir que en el caso de los pelos radicales pasaba lo opuesto: crecían más del doble de su tamaño habitual”, comenta.

Como esto contradecía lo que se esperaba, los científicos se preguntaron qué mecanismo molecular podría estar operando específicamente en estas células a bajas temperaturas. “Al juntarnos pudimos contestar esta pregunta biológica desde varios ángulos y no solo desde uno como habitualmente se hace”, agrega Estévez. Cabe mencionar que la ciencia, debido a su complejidad actual, es cada vez más un trabajo en equipo y no de individuos o grupos aislados.

El rol de APOLO

Dr. José Estévez

Este trabajo fue recientemente publicado en la prestigiosa revista Molecular Plant, donde los científicos junto con colaboradores de otros grupos de Argentina y Francia describen de manera detallada los mecanismos que determinan que una molécula llamada APOLO, un ARN largo no codificante, controla el tamaño de los pelos radicales de las raíces.

“El boom de las nuevas tecnologías de secuenciación de genomas nos ha permitido descubrir en el siglo XXI que no sólo los genes que codifican proteínas son funcionales, sino que existen muchos genes ‘no codificantes’ (que no codifican proteínas) que juegan un rol fundamental en el desarrollo de los organismos y la evolución de las especies”, explica Estévez.

Así, comenta que lo novedoso del estudio es que por primera vez se ha encontrado en plantas la interacción entre un ARN largo no codificante con un tipo de proteínas reguladoras llamadas factores de transcripción, en este caso una denominada WRKY42. Ambos, a su vez, son capaces de controlar a RHD6 (Root Hair Defective 6), que es el regulador maestro del crecimiento de los pelos radicales y de la expresión de los genes en estas células específicas.

Este conocimiento se podría aplicar a plantas de interés agronómico como trigo, soja, maíz o plantas frutales de gran importancia en Chile. “La clave estaría en generar raíces con pelos radicales más largos que puedan explorar un área mayor de los suelos en busca de agua y nutrientes, sobre todo en condiciones ambientales desfavorables”, dice Estévez.

Para realizar este descubrimiento, los científicos combinaron el uso de herramientas genéticas y bioquímicas, junto con técnicas de microscopía avanzada, biología molecular y celular en Arabidopsis thaliana, una planta de laboratorio que se suele usar como modelo en estudios de fisiología vegetal y que comparte genes con plantas de importancia agrícola.

Gran parte del estudio fue financiado con aportes de FONDECYT, iBIO y fuentes de financiamiento internacionales. En este trabajo participaron Javier Martinez Pacheco (FIL-IIBBA, Argentina) y José Estevez (CBV-UNAB/iBIO, Chile y FIL-IIBBA, Argentina); Michael Moison, Leandro Lucero, Camille Fonouni-Farde, Natanael Mansilla y Federico Ariel (IAL, Santa Fe, Argentina); Johan Rodríguez-Melo y Fernando Ibañez (IIA/UNRC, Río Cuarto, Argentina); Aurélie Christ, Jérémie Bazin, Moussa Benhamed y Martín Crespi (IPS2, Gif sur Yvette, Francia).

El trabajo original se puede descargar aquí.