El cambio climático generó en las últimas décadas, un incremento en la intensidad y en la frecuencia de las lluvias, provocando inundaciones sobre diversas regiones del Planeta.
Al drama humanitario que supone la persistencia de este tipo de fenómenos se suman los gravísimos efectos sobre los cultivos y la consecuente pérdida de millones de hectáreas destinadas a proveer alimentos al mundo.
Una investigación publicada hoy en la prestigiosa revista Science, descubrió los genes que tienen en común los principales cultivos alimentarios, y que se activan en respuesta a las inundaciones. El hallazgo coloca a la ciencia a las puertas de crear especies capaces resistir y sobrevivir a prolongados períodos bajo el agua. Este nuevo avance científico fue desarrollado en los Estados Unidos, y contó con la participación de Mauricio Reynoso, un joven investigador de la UNLP-CONICET.
Hasta el momento, sólo el arroz ha demostrado tener la capacidad de sobrevivir en condiciones extremas en terrenos inundados. Sin embargo, a partir de este descubrimiento se podrían crear nuevos cultivos resistentes al estrés hídrico. Se trata de un avance científico de alto impacto a nivel mundial, ya que se podría garantizar de este modo que el suministro de alimentos para la humanidad no corra riesgo.
Se trata de una verdadera revolución en el campo de la biología ya que, por primera vez se logró observar en detalle la manera en que el ADN le da instrucciones a una célula para crear una respuesta de estrés particular. El desarrollo busca activar en diferentes especies vegetales, una serie de genes específicos para ayudarlas a sobrevivir al anegamiento del suelo.
Mauricio Reynoso, doctor en Ciencias Biológicas, investigador del Instituto de Biotecnología y Biología Molecular UNLP-CONICET, integró el equipo de trabajo de la Universidad de California, en Riverside. Allí alcanzaron este descubrimiento junto a científicos de la Universidad de California, en Davis; la Universidad de Emory, en Atlanta y la Universidad de Utrecht, de los Países Bajos. El estudio fue una colaboración internacional financiada por el Programa de Investigación del Genoma Vegetal de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos.
Los científicos estudiaron la manera en que responden diferentes cultivos cuando están sumergidos en agua; y se estableció, además, una comparación con el comportamiento del arroz. Se descubrió que las plantas utilizadas en los ensayos -un tomate silvestre, un tomate utilizado para la agricultura, y una planta similar a la alfalfa- comparten al menos 68 familias de genes que se activan en respuesta a las inundaciones.
“El grupo donde realicé el post doctorado estudió el rol del gen de arroz SUB1A que provee tolerancia a la planta de arroz sumergida prolongadamente. Contrario al arroz, la mayoría de los cultivos son altamente susceptibles a la inundación, tanto por el inundado de las raíces como por mantener el tejido aéreo sumergido. Las lluvias prolongadas causan la devastación de cultivos como el maíz, soja, alfalfa entre otros, como podemos ver en eventos que ocurren frecuentemente”, detalló Reynoso.
El arroz fue domesticado a partir de especies silvestres que crecían en regiones tropicales donde se adaptó para soportar los monzones y la saturación de agua. Algunos de los genes involucrados en esa adaptación existen en otras plantas analizadas pero no han evolucionado para encenderse cuando las raíces están siendo inundadas.
«Esperamos aprovechar lo que aprendimos sobre el arroz para lograr activar los genes de otras plantas que podrían ayudarlas a sobrevivir al anegamiento del suelo», señaló Julia Bailey-Serres, profesora de genética de la Universidad de California en Riverside.
En el estudio, el equipo examinó las células presentes en las puntas de las raíces de la planta, ya que las raíces son las primeras en responder a una inundación. Las puntas de las raíces y las yemas de los brotes son también donde reside el potencial de crecimiento de una planta. Estas regiones contienen células con la capacidad de convertirse en otros tipos de células en la planta, y sirven como un sistema de reparación.
“Profundizando aún más, el equipo analizó los genes de estas células de la punta de la raíz, para entender si sus genes se activaban cuando estaban cubiertos de agua y privados de oxígeno, y cómo lo hacían”, remarcó el investigador de la UNLP.
«Observamos la forma en que el ADN instruye a una célula para crear una respuesta de estrés particular con un nivel de detalle sin precedentes», dijo Reynoso.
«Esta es la primera vez que una respuesta a las inundaciones se ha considerado de una manera tan completa, en especies evolutivamente distintas», agregó Siobhan Brady, coautor del estudio y profesor asociado de biología vegetal de la Universidad de California en Davis.
Los genes que intervienen en las adaptaciones a las inundaciones se denominan familias sumergidas reguladas positivamente (SURFs, por sus siglas en inglés). «Dado que la evolución separó a los antepasados del arroz y de estas otras especies hace 180 millones de años, no esperábamos encontrar 68 SURFs en común», dijo la coautora Neelima Sinha, profesora de biología vegetal de la UC Davis.
Mientras que los investigadores de la UC Riverside llevaron a cabo experimentos de inundación y análisis de genomas de plantas de arroz, los científicos de Davis hicieron lo mismo con las especies de tomate. Mientras que el trabajo con plantas tipo alfalfa se realizó en Emory.
Aunque los SURFs fueron activados en todas las plantas durante los experimentos de inundación, sus respuestas genéticas no fueron tan efectivas como en el arroz. La especie de tomate silvestre que crece en suelo desértico se marchita y muere cuando se inunda.
El cambio climático también produce períodos de sequía excesiva, y se están realizando esfuerzos por separado para examinar también la resistencia de los cultivos a esas condiciones. Sin embargo, Bailey-Serres dijo que las respuestas a las inundaciones son poco estudiadas en comparación con la sequía, lo que hace que este trabajo sea aún más importante.
El grupo está planeando estudios adicionales para mejorar las tasas de supervivencia de las plantas que actualmente mueren y se pudren por el exceso de agua.
Las lluvias excesivas han impedido que los agricultores puedan plantar cultivos como maíz, soja y alfalfa. Las inundaciones también han dañado la calidad de los cultivos. A medida que el clima sigue cambiando, es probable que esta tendencia continúe. Sin esfuerzos para asegurar que nuestros cultivos se adapten, la seguridad del suministro mundial de alimentos está en peligro, aseguraron los investigadores.
Según datos oficiales de la Organización de Naciones Unidas (ONU), las inundaciones son los desastres naturales relacionados con el clima más frecuentes y los que afectan a una mayor cantidad de población a nivel mundial. Se estima que, entre 1995 y 2015, ocurrieron casi 3.100 inundaciones, que afectaron a 2.300 millones de personas en el planeta.
Entre las consecuencias directas de estos fenómenos climáticos se encuentra la destrucción de la agricultura y el consecuente suministro de alimentos, aspectos que agravan los problemas de desnutrición en las zonas más pobres del mundo.
Al trabajo completo puede accederse en:
https://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aax8862
Más datos en el siguiente sitio:
http://plant-plasticity.github.io/data-and-code/