Una planta resistente a la sequía es prometedora para la producción de alimentos en el futuro, según un estudio
Por primera vez, los investigadores han demostrado en una planta intacta un proceso largamente discutido que permite a algunas plantas recuperarse de una sequía prolongada. El equipo de científicos de la Universidad Estatal de Colorado, la Universidad de Colorado y el Departamento de agricultura de EE.UU. afirma que la comprensión de este rasgo especial podría mejorar la productividad agrícola y la seguridad alimentaria.
Sean Gleason, científico del Servicio de Investigación Agrícola del USDA, utiliza un escáner micro-CT en un laboratorio de la Universidad Estatal de Colorado para estudiar las plantas. La máquina permite a Gleason y a sus colaboradores de la CSU ver los procesos internos de las plantas de forma no destructiva
John Eisele/Colorado State University
La sequía cuesta a Estados Unidos miles de millones en pérdidas agrícolas y aumento del riego. La pérdida de productividad reduce la disponibilidad de alimentos y eleva los precios para los consumidores.
Cuando una planta se seca, su sistema de transporte de agua se deteriora por la formación de obstrucciones por burbujas de gas, o embolias, en los tejidos que transportan el agua de la planta: el xilema. Dependiendo de la extensión de la embolia, algunas plantas nunca se recuperan.
Para recuperarse, hay que eliminar las burbujas de gas y restablecer el flujo de agua mediante un proceso llamado "rellenado". Los científicos especializados en plantas no se ponen de acuerdo sobre si se produce el rellenado. La mayoría de las pruebas a favor del rellenado se han basado en métodos de estudio destructivos, en los que se corta una planta y se fuerza la entrada de agua en el tejido a una presión superior a la que existe en la naturaleza.
Los investigadores de la CSU, la CU y el USDA afirmaron que cortar las plantas crea "artefactos" o subproductos del método de estudio, que en este caso podrían causar embolias y dar lugar a resultados inexactos. En su lugar, utilizaron un escáner micro-CT, una máquina de rayos X especializada, para observar los procesos internos de las plantas tal y como suceden en la naturaleza.
Su estudio, publicado en la portada de la edición de abril de Proceedings of the National Academy of Sciences, descubrió una inversión completa de la embolia y una recuperación total en un tipo de hierba silvestre a las 24 horas del riego.
"Se trata de la primera prueba convincente de la reversión, o rellenado, de la embolia en una especie de planta vascular, con recuperación funcional completa de la planta después", afirma Sean Gleason, investigador del Servicio de Investigación Agrícola del USDA, afiliado a la CSU y coautor del trabajo.
Los investigadores han empezado a buscar otras plantas con este rasgo para identificar el mecanismo genético que lo sustenta. Una vez identificado, podría incorporarse a los cultivos para hacerlos más resistentes a la sequía.
"Si una planta puede recuperarse rápidamente de la sequía mediante la recarga, entonces podría ser capaz de recuperar algunas pérdidas durante un año de sequía", dijo el coautor Troy Ocheltree, profesor asociado de la CSU en la Facultad Warner de Recursos Naturales. "Si las plantas pueden rellenar, esto podría permitir flexibilidad en la cantidad y el momento del riego, aunque se requiere trabajo adicional para identificar cómo el rellenado impactaría en el uso de agua de los cultivos."
Objeto de estudio casual
La embolia se produce en todas las plantas vasculares, y estudios anteriores descubrieron que la embolia no puede revertirse en algunas plantas, aunque pueden seguir funcionando a capacidad reducida una vez que se restablece el agua.
Para este estudio, el autor principal Jared Stewart, investigador postdoctoral de la CSU, la CU y el ARS del USDA, el entonces estudiante de máster de la CSU Brendan Allen y la entonces estudiante de doctorado de la CU Stephanie Polutchko examinaron una hierba que había estado creciendo en un aparcamiento para ver si sería una buena candidata para su experimento. La hierba prosperaba en las grietas del asfalto caliente y seco, así que pensaron que podría resistir la sequía.
Efectivamente, a pesar de su aspecto muerto y de un 88% de tejido xilemático embolizado tras un periodo prolongado sin agua, el sistema de transporte de agua de la hierba se recuperó literalmente de la noche a la mañana.
Hasta ahora, ésta es la única especie conocida que se recupera, pero los investigadores creen que probablemente haya otras con este rasgo.
"No sabemos hasta qué punto es común", afirma Ocheltree. "Pero el hecho de que hayamos encontrado una planta en el aparcamiento que se rellena me hace pensar que probablemente haya otras por ahí que también lo hagan. Nos cambia la mentalidad".
Asociaciones y equipos clave
El estudio se vio facilitado por una asociación con la Facultad de Medicina Veterinaria y Ciencias Biomédicas de la CSU, que cuenta con un escáner micro-CT para animales pequeños. Esta máquina especializada emite menos radiación que muchos escáneres de TC, lo que permite repetir las exploraciones sin dañar a los sujetos.
Gleason dijo que el apoyo del personal del laboratorio y del investigador principal, la profesora Nicole Ehrhart, directora del Centro de Envejecimiento Saludable y del Laboratorio de Oncología Musculoesquelética y Traumatología Comparativa de la CSU, fue esencial para el estudio. Laura Chubb, técnica de laboratorio, ayudó al equipo escaneando las plantas inicialmente y luego formó a Gleason en el uso de la máquina.
"La capacidad de recuperación de esta humilde hierba, que revivió su sistema vascular de la noche a la mañana, fue sorprendente y muy convincente", afirmó Ehrhart. "Colaboraciones como ésta nos recuerdan lo poderosas que pueden ser las herramientas desarrolladas para la investigación biomédica cuando se aplican de nuevas formas para responder a preguntas fundamentales sobre la vida. Estamos encantados de contribuir a una ciencia tan impactante".
"El Dr. Ehrhart y Laura hicieron posible este estudio con su generosa oferta de ayudarnos con nuestros escáneres y permitirnos el uso de su laboratorio de micro-TC", dijo Gleason. "Sin ellos, no habríamos podido realizar esta investigación".
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