Entre el daño a los cultivos causado por el cambio climático y la creciente población mundial y la demanda de alimentos, está claro que el mundo tendrá que producir más alimentos en el futuro. Los investigadores han investigado durante mucho tiempo formas de ayudar a las plantas a resistir factores ambientales como las plagas y la sequía, tanto a través de la mejora genética convencional como de la ingeniería genética. Pero quedan muchas preguntas sobre cómo interactúan exactamente las plantas con su entorno y cómo los científicos podrían modificar esos procesos para ayudarlas a adaptarse.

Los investigadores del Instituto de Biología de Redes en Alemania y sus colegas pueden haber encontrado una manera de ayudar. Publicaron un estudio a principios de julio. Naturaleza lo que demuestra que las plantas se comunican con el medio ambiente de formas más complejas de lo que se pensaba anteriormente. El estudio encontró que la red de procesamiento de información, impulsada por hormonas, en un género de plantas se lleva a cabo por más de 2,000 interacciones de proteínas, cientos de las cuales nunca antes se habían descubierto. «Necesitamos una segunda revolución verde», dijo Shelley Lumba, bióloga de plantas de la Universidad de Toronto, que no participó en el estudio. «Estos serían buenos puntos de partida para las pruebas».

A diferencia de los animales, que completan la mayor parte de su desarrollo en el útero, las plantas permanecen relativamente flexibles durante toda su vida. Las proteínas sensoriales detectan condiciones ambientales cambiantes y luego usan hormonas para hacer que cambie su comportamiento o fisiología en consecuencia. Se conocen muchas vías: por ejemplo, la hormona ABA le dice a las plantas que cierren sus poros y ahorren agua durante la sequía enviando una serie de proteínas específicas para realizar funciones celulares.

La flexibilidad de estas redes hormonales es exactamente lo que las ha hecho tan difíciles de diseñar genéticamente o de hacer frente a los cambios climáticos. La mayoría de los cultivos genéticamente modificados en el mercado se crean agregando un gen de bacterias al genoma de una planta, lo que le permite resistir, por ejemplo, un herbicida o insecticida. Y aunque la alternativa, manipular proteínas, es relativamente sencilla con las nuevas técnicas de edición del genoma, «generalmente se arruinan las plantas», dice Eilon Shani, bióloga de plantas en la Universidad de Tel Aviv.

Para crear cultivos que sean resistentes a los estresores ambientales, los investigadores se han basado en técnicas de mejoramiento convencionales utilizando la diversidad genética que existe naturalmente entre ellos. Hicieron esto para desarrollar variedades. de trigo que, por ejemplo, produce mucho ABA. Ese tipo de reproducción se ha vuelto cada vez más difícil en los últimos años, dice Matthew Hudson, un científico de cultivos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. Para empezar, muchos países han comenzado a prohibir la exportación de semillas que tienen propiedades útiles para preservarlas como un recurso natural.

Las nuevas tecnologías, incluida la edición del genoma CRISPR / Cas9, pueden hacer que la modificación genética sea relativamente fácil. Sin embargo, los científicos que desean modificar los genes de las plantas primero deben saber lo que están buscando. Centrarse en sistemas en lugar de genes individuales puede ser útil. Por ejemplo, para activar sus defensas contra los insectos, las plantas pueden necesitar tomar una ruta hormonal diferente, como el crecimiento o el ahorro de agua.

«Hay muchas compensaciones que son fundamentales para la fisiología de las plantas, y sabemos que están allí, pero no se caracterizan cuantitativamente», dice Hudson. Investigación como la Naturaleza La investigación, dice, podría ayudar a los científicos a desarrollar modelos computacionales que revelarían cómo entender y ajustar las vías a través de la ingeniería genética. «Esta es claramente la próxima generación de investigación», dice Hudson.

Hacer que las plantas sean más flexibles puede ser más importante que darles propiedades específicas. «Las hormonas permiten reacciones», dice Lumba. «No dan instrucciones; dejaron leer la estimulación ambiental. ‘

Lumba estudia los mecanismos hormonales que ayudan a ciertas plantas a repoblar rápidamente áreas con incendios forestales. Cuando estos «seguidores del fuego» perciben los químicos emitidos por los materiales quemados, liberan una hormona llamada auxina, que causa la germinación. Pero dado que todas las plantas conocidas contienen auxina, al igual que las proteínas sensibles al humo, no está claro por qué la mayoría de ellas realmente no reaccionan. Mapear las extensas rutas entre el sensor y la respuesta podría ser un paso para ayudar a restaurar los ecosistemas después de un incendio, dijo.

Crear cultivos que se adapten rápidamente a su entorno continuará siendo un esfuerzo enorme. La mayoría de los investigadores de plantas que estudian los mecanismos de señalización se han centrado en Arabidopsis un género de hierbas de flores pequeñas relacionadas de repollo y mostaza. Un modelo de laboratorio de Arabidopsis Está muy bien caracterizado. Según Hudson, revelar toda la red de interacciones proteicas en cultivos como el maíz o el arroz llevaría años y millones de dólares.

Si bien los investigadores han trabajado en cultivos genéticamente modificados que pueden resistir la sequía u otros factores estresantes, ninguna de las variaciones está disponible comercialmente. ‘Tenemos propiedades transgénicas que podemos agregar en la parte superior [of conventionally bred plants]pero realmente no desarrollamos las cosas sutiles que hacen que las plantas sean cultivos viables «, dice Hudson. Su grupo y otros en la Universidad de Illinois están trabajando en el desarrollo. algoritmos informáticos a predecir cómo la modificación de ciertos genes a través de la ingeniería afectaría el crecimiento de una planta. Para los organismos de crecimiento lento, incluidos los nogales amenazados por un hongo parásito, dicho sistema puede ahorrar muchos años de mirar y esperar.

El mismo beneficio se aplica a los no cultivos. Bingru Huang, biólogo de plantas de la Universidad de Rutgers, ha modificado genéticamente las vías de señalización hormonal en los pastos utilizados para campos de golf y otras aplicaciones. Ella descubrió que aumenta la cantidad de hormonas llamadas citoquininas y hace que las plantas sean más sensibles a sus niveles cambiantes. hizo que los pastos fueran más resistentes al calor y al suelo salado. Sin embargo, Huang dice que la ingeniería genética práctica de las vías hormonales será difícil. «Si cambia una hormona, otras cambian», agrega.

En última instancia, descubrir cómo las plantas se comunican con su entorno y se adaptan a entornos hostiles podría beneficiar el suministro de alimentos. «No creemos que seamos más inteligentes que la naturaleza y más inteligentes que las plantas», dice Shani. «Pero podemos ayudar a las plantas a adaptarse más rápido que esperar otro millón de años para que la evolución vuelva a funcionar».



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