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Los cultivos y otras plantas se enfrentan constantemente a condiciones ambientales adversas, como el aumento de las temperaturas (2014 fue el año más cálido registrado) y la disminución del suministro de agua dulce, que reducen el rendimiento y cuestan a los agricultores miles de millones de dólares al año.

por Universidad de California – Riverside

La sequía es un importante factor de estrés ambiental que afecta el crecimiento y desarrollo de las plantas. Cuando las plantas se encuentran con sequía, naturalmente producen ácido abscísico (ABA), una hormona del estrés que inhibe el crecimiento de las plantas y reduce el consumo de agua. Específicamente, la hormona activa un receptor (proteína especial) en las plantas cuando se une al receptor como una mano encajando en un guante, lo que produce cambios beneficiosos, como el cierre de las células protectoras de las hojas, llamadas estomas, para reducir la pérdida de agua. —que ayudan a las plantas a sobrevivir.

Si bien es cierto que los cultivos podrían fumigarse con ABA para ayudar a su supervivencia durante la sequía, el ABA es costoso de producir, se inactiva rápidamente dentro de las células vegetales y es sensible a la luz, por lo que no ha encontrado mucho uso directo en la agricultura. Varios grupos de investigación están trabajando para desarrollar imitadores sintéticos de ABA para modular la tolerancia a la sequía, pero una vez descubiertos, se espera que estos imitadores enfrenten procesos de desarrollo largos y costosos.

El agroquímico mandipropamid, sin embargo, ya se utiliza ampliamente en la producción agrícola para controlar el tizón tardío de los cultivos de frutas y hortalizas. ¿Se podrían diseñar cultivos amenazados por la sequía para que respondan a la mandipropamid como si fuera ABA y así mejorar su supervivencia durante la sequía?

Sí, según un equipo de científicos dirigido por Sean Cutler de la Universidad de California en Riverside.

Los investigadores trabajaron con Arabidopsis, una planta modelo utilizada ampliamente en los laboratorios de biología vegetal, y la planta de tomate. En el laboratorio, utilizaron métodos biológicos sintéticos para desarrollar una nueva versión de la planta de estas plantas. receptores de ácido abscísico, diseñados para ser activados por mandipropamida en lugar de ABA. Los investigadores demostraron que cuando las plantas reprogramadas fueron rociadas con mandipropamida, las plantas sobrevivieron efectivamente a las condiciones de sequía activando la vía del ácido abscísico, que cerró los estomas de sus hojas para evitar la pérdida de agua.

El hallazgo ilustra el poder de los enfoques biológicos sintéticos para manipular cultivos y abre nuevas puertas para la mejora de cultivos que podrían beneficiar a una población mundial en crecimiento.

«Hemos reutilizado con éxito un agroquímico para una nueva aplicación mediante ingeniería genética de un receptor de planta, algo que no se había hecho antes», afirma. dijo Cutler, profesor asociado de botánica y ciencias vegetales. «Anticipamos que esta estrategia de reprogramar las respuestas de las plantas utilizando biología sintética permitirá que otros agroquímicos controlen otros rasgos útiles, como la resistencia a enfermedades o las tasas de crecimiento, por ejemplo».

Los resultados del estudio aparecen en línea el 4 de febrero en Nature.

Cutler explicó que descubrir una nueva sustancia química y luego evaluarla y aprobar su uso es un proceso extremadamente complicado y costoso que puede llevar años.

«De hecho, hemos sorteado este obstáculo utilizando biología sintética; en esencia, tomamos algo que ya funciona en el mundo real y reprogramamos la planta para que el químico pudiera controlar el uso del agua», afirma. él dijo.

La ingeniería de proteínas es un método que permite la construcción sistemática de muchas variantes de proteínas; también los prueba en busca de nuevas propiedades. Cutler y sus compañeros de trabajo utilizaron la ingeniería de proteínas para crear receptores vegetales modificados en los que podría encajar la mandipropamida y provocar una activación potente del receptor. El receptor diseñado se introdujo en plantas de Arabidopsis y de tomate, que luego respondieron a la mandipropamida como si estuvieran siendo tratadas con ABA. En ausencia de mandipropamid, estas plantas mostraron una diferencia mínima con respecto a las plantas que no poseían la proteína modificada.

Más información: Naturaleza, DOI: 10.1038/nature14123» target=»_blank»>nature.com/articles/DOI: 10.1038/nature14123

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