El post de hoy es obra de Shurong Wei, alumna de la asignatura de comunicación científica del máster en biotecnología molecular y celular de plantas.

 

La escasez de agua es la mayor causa de las pérdidas de la producción agrícola, siendo responsable de aproximadamente el 34% de las mismas a nivel mundial según la FAO (Food and Agriculture Organization of the United States) (‘The impact of disasters and crises on agriculture and food security: 2021’, 2021). Por tanto, resulta acuciante hallar soluciones frente a la carencia de agua y asegurar así la seguridad alimentaria en las distintas sociedades, tanto actuales como venideras. En este marco, la biotecnología ofrece la posibilidad de aumentar la resiliencia de los cultivos a sequía si se conoce qué genes son responsables de una mayor tolerancia a este factor de estrés.

 

En el contexto actual de cambio climático, asegurar un desarrollo social sostenible y respetuoso con el medio ambiente es un reto fundamental para la humanidad. La biomasa vegetal (en organismos vivos o muertos recientemente, puede utilizarse como combustible o materia prima industrial) juega un papel clave en este sentido ya que (i) es sumidero de una grandísima cantidad de CO2 atmosférico, (ii) constituye la materia prima para la fabricación de materiales reciclables, (iii) es fuente de una gran cantidad de energía renovable y (iv) es la base de la cadena alimentaria. Este proyecto, por tanto, aborda la problemática de asegurar la producción de suficiente biomasa vegetal en condiciones de cambio climático. Así, planteamos que, entender los mecanismos genéticos que han utilizado las plantas durante la evolución para adaptar sus capacidades de crecimiento y desarrollo al clima actual, puede ayudar a identificar genes y circuitos genéticos clave para iniciar nuevas aproximaciones biotecnológicas encaminadas a asegurar que nuestros cultivos y especies forestales generen suficiente biomasa en condiciones climáticas comprometidas.

Uno de los efectos más claros de la sequía es la disminución del número de raíces laterales desarrolladas. Por tanto, para alcanzar este objetivo planteamos utilizar una aproximación de Genome-Wide Association Studies (GWAS: Identificación de todo el genoma de variantes de secuencia existentes) utilizando datos de variación natural en la capacidad de producción de raíces laterales en sequía en poblaciones naturales (accesiones) de Arabidopsis thaliana. La resiliencia a la sequía es un carácter multifactorial que depende de diversos factores, destacando tanto la capacidad de transporte del agua como la capacidad de absorción de la misma. Por tanto, con el fin de identificar genes relacionados con la adaptación de la capacidad de absorción de agua a sequía, estamos centrando parte de nuestros esfuerzos en realizar un análisis de GWAS sobre la formación de raíces laterales (órganos vitales para la absorción de agua). Una respuesta típica de las plantas a la sequía es la disminución de su biomasa. Por tanto, en paralelo (y, de nuevo, con vistas a identificar genes relacionados con la adaptación de otros factores biológicos al medio), llevaremos a cabo un segundo GWAS utilizando la capacidad de formación de biomasa en condiciones de sequía como readout. De esta manera, llevaremos a cabo simultáneamente dos experimentos de GWAS. En los resultados que esperamos obtener, se pueden dar las siguientes situaciones al comparar ambos GWAS:

I.Existen estrategias distintas en la adaptación a sequía entre la parte aérea y radicular de la planta (las variantes con potencial adaptativo a sequía no coinciden entre los dos GWAS).

II.Cambios en la secuencia de determinados genes han tenido un papel general en la adaptación a sequía (las variantes obtenidas en cada GWAS coinciden).

Los datos se obtendrán como el ratio entre el numero de raíces laterales desarrolladas en sequía y en condiciones normales (mock) en plántulas de 7 días cultivadas in-vitro. Nuestros datos preliminares -obtenidos mediante este ratio- utilizando 20 accesiones, indican la existencia de una marcada variación natural en este parámetro, por lo que se espera, una vez fenotipadas las 175 accesiones de nuestra colección, identificar regiones genómicas estadísticamente asociadas a dicha variación mediante GWAS.