¿Será el sorgo tolerante a heladas la próxima innovación en biotecnología?

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Los compuestos flavonoides, producidos por las raíces de algunas plantas de sorgo, afectan positivamente a los microorganismos del suelo, según investigadores de la Universidad de Penn State, quienes sugieren que el descubrimiento es un primer paso para el desarrollo de una línea resistente a las heladas.

Según Surinder Chopra, profesor de genética del maíz, y Mary Ann Bruns, profesora de microbiología del suelo el hallazgo es muy importante porque el sorgo es un cultivo que de gran respuesta al cambio climático, gracias a su alta eficiencia en el uso de agua y nitrógeno. El pariente cercano al maíz, es el quinto cultivo de cereales más valioso del mundo.

«El sorgo se puede utilizar para la alimentación humana y animal y también se puede sembrar como cultivo bioenergético para la producción de etanol», dijeron. «El sorgo se adapta mejor que el maíz a situaciones de estrés como la sequía, la salinidad y el calor. Pero el aumento de la producción de sorgo requiere aumentar su tolerancia al estrés por frío y heladas, y esto es especialmente cierto en muchas regiones como el noreste de Estados Unidos».

Para alcanzar su máximo potencial, el sorgo necesita crecer unos cinco meses después de haber sido sembrado, generalmente a mediados o fines de primavera. Si se llega a producir una helada, aunque sea leve o una ola de frío temprana, cada vez más habitual producto del cambio climático, puede matar el cultivo.

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Estudios anteriores del grupo de investigación de Chopra en la Facultad de Ciencias Agrícolas mostraron que el sorgo produce potentes flavonoides en sus hojas cuando se expone a situaciones de estrés como hongos, ataque de insectos o heladas. Estos flavonoides podrían permitir que la planta se adapte y sobreviva. El equipo de Bruns ha estado trabajando para comprender los microbiomas del suelo en varios ecosistemas estresados.

Juntos, los investigadores están probando si las interacciones entre esos flavonoides y los microorganismos en la zona de la raíz pueden conducir al desarrollo de variedades de sorgo y adiciones microbianas del suelo compatibles para proporcionar tolerancia al frío y a las heladas. Un esfuerzo de colaboración entre los dos grupos de investigación les permite conectar la prevalencia de microbiomas asociados a plantas, genética vegetal y flavonoides.

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En este estudio, los investigadores encontraron evidencia de que la variación genética de las plantas influye en los flavonoides de las raíces y la composición de la comunidad microbiana del suelo, y que las bajas temperaturas afectan estas relaciones. En hallazgos publicados recientemente en Phytobiomes Journal, sostienen que las interacciones planta-microbio y la producción de metabolitos secundarios pueden ser componentes importantes para incluir en la cría selectiva de sorgo para la tolerancia al estrés por heladas.

«Creemos que los flavonoides pueden proporcionar la tolerancia necesaria contra el estrés del frío y las heladas», dijeron Bruns y Chopra. “Además, ciertos microorganismos presentes en el suelo pueden interactuar con los flavonoides para brindar adaptabilidad a la planta cuando percibe frío o helada en la superficie”.

Los investigadores cultivaron líneas seleccionadas de sorgo en el Centro de Investigación Agrícola Russell E. Larson de Penn State en Rock Springs a partir de semillas que adquirieron del Laboratorio de Investigación de Granos, Forrajes y Bioenergía mantenido por el Servicio de Investigación Agrícola del Departamento de Agricultura de Estados Unidos en Lincoln, Nebraska.

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De esas líneas «casi isogénicas» de sorgo, por igual excepto por dos genes involucrados en la producción de flavonoides, un conjunto de líneas producía flavonoides inherentemente, el segundo conjunto carecía de genes para producir flavonoides y el tercer tipo solo producía flavonoides cuando las plantas estuvieron expuestos a estrés como las heladas y los hongos patógenos.

Los investigadores analizaron la comunidad de microorganismos en los suelos que rodean las raíces para ver si la presencia o ausencia de flavonoides en las raíces de algunas de las plantas de sorgo impactaban las comunidades de hongos y bacterias. La investigadora principal Mara Cloutier, candidata a doctorado en ciencias del suelo y biogeoquímica, dirigió la evaluación de microbiomas en las cercanías de las raíces antes y después de una helada tardía.

Los investigadores analizaron las raíces en busca de flavonoides totales, fenólicos totales y actividad antioxidante para determinar si la variación genética del sorgo influía en las concentraciones de flavonoides de las raíces y las comunidades microbianas del suelo. Los investigadores querían identificar cómo las heladas afectaban estas relaciones.

«Encontramos que un mayor número de cepas bacterianas se correlacionó con los flavonoides totales en comparación con las especies de hongos», dijo. «En conjunto, este estudio proporciona evidencia de que la variación genética de las plantas influye en los flavonoides de las raíces y la composición de la comunidad de microorganismos del suelo en la vecindad de las raíces de las plantas, y que estas relaciones se ven afectadas por las heladas».

 
 
 
 
 

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