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Cultivos resistentes a la toxicidad
Gran parte de las tierras de cultivo del mundo contienen aluminio que atrofia los cultivos. Pero un nuevo estudio ha encontrado una forma de hacer que las plantas crezcan altas a pesar de los efectos tóxicos del metal. El descubrimiento, realizado por biólogos de plantas de la Universidad de California en Riverside, sugiere que la ingeniería genética podría impulsar los rendimientos de campos que hoy en día no son ideales para cultivos en crecimiento.
Aluminio laminado: Cuando el aluminio en el suelo se activa por condiciones ácidas, daña el ADN de las plantas. En respuesta, las células de la raíz normales se detienen en medio de la división (fila superior). Pero en las plantas con una mutación que las hace ciegas al daño del ADN, las células de la raíz se siguen dividiendo, evitando los efectos de retraso del crecimiento del aluminio (fila inferior).
El aluminio es común en los suelos, es un componente importante de la arcilla, pero solo en los suelos ácidos el metal forma un ión que puede disolverse en líquidos y que es tóxico para las plantas. Sin embargo, los suelos ácidos constituyen hasta la mitad de las tierras de cultivo del mundo, y la toxicidad del aluminio es el principal factor que frena el crecimiento de los cultivos en casi el 20 por ciento de los suelos arables del mundo, incluidas grandes áreas de los Estados Unidos al este del río Mississippi y el noroeste de Europa. .
El problema es que tenemos todas estas plantas de cultivo (trigo, maíz, cebada, etc.) que no evolucionaron ni se desarrollaron en suelos tóxicos para el aluminio, dijo el líder del estudio y profesor de bioquímica. Paul Larsen dice. No tienen resistencia natural ni tolerancia al aluminio. Los fitomejoradores están trabajando en el desarrollo de cepas que puedan hacer frente mejor al aluminio tóxico, pero solo han podido realizar mejoras incrementales, dice Larsen.
En un estudio en Biología actual , Larsen y su colega Megan Rounds han descubierto una simple mutación en un solo gen que hace que las plantas prosperen a pesar de los niveles de aluminio que normalmente serían tóxicos. Larsen y Rounds encontraron el gen, llamado AtATR, peinando mutantes de Arabidopsis , un miembro de la familia de la mostaza que se usa comúnmente en estudios de genética de plantas. El gen está relacionado con una familia de proteínas que se sabe que ayudan a encontrar y responder al daño del ADN en casi todos los organismos multicelulares.
Se sabe que los iones de aluminio tóxicos dañan el ADN, y el nuevo estudio sugiere que las plantas responden deteniendo el crecimiento de las células en las puntas de sus raíces cuando acumulan demasiado daño en el ADN. Las plantas pueden haber desarrollado esta respuesta para ayudarlas, durante generaciones, a hacer frente a los efectos tóxicos del aluminio, especula Larsen. Pero a corto plazo, significa que las plantas están menos sanas y atrofiadas y son más vulnerables a factores estresantes como las sequías.
Pero la mutación recientemente identificada inactiva la proteína AtATR, por lo que las células no responden al daño del ADN cerrando la división celular, evitando así ese punto de control, dice Larsen. La planta es efectivamente ciega a lo que está sucediendo en la célula. Entonces, las plantas mutantes pueden mantener altos niveles de crecimiento en presencia de niveles tóxicos de aluminio, incluso si sufren algún daño en el ADN.
Aún no está claro cuánto daño al ADN sufren las plantas, dice Larsen. Pero la estrategia podría funcionar para promover el crecimiento a corto plazo incluso si sacrificara el ADN de las plantas. Para evitar que el daño del ADN se acumule durante generaciones de cultivo en suelos ricos en aluminio, los agricultores podrían obtener semillas de plantas mutantes cultivadas en suelos sin aluminio. Esto reflejaría cómo los agricultores de los países industrializados utilizan semillas híbridas de agronegocios en lugar de guardar sus propias semillas para plantar nuevas generaciones de cultivos.
El trabajo proporciona la primera evidencia convincente de un mecanismo que explica el efecto tóxico del [aluminio] en el crecimiento de las raíces, dice el biólogo de plantas. Manny Delhaize del Centro de Industria Vegetal de la Organización de Investigaciones Científicas e Industriales de la Commonwealth, en Canberra, Australia. Ha habido numerosas teorías sobre cómo el aluminio detiene el crecimiento de las raíces, y este trabajo proporciona evidencia convincente sobre el proceso molecular involucrado. Delhaize dice que otro método para mantener altas las tasas de crecimiento, mientras se limita cualquier daño al ADN, podría ser diseñar plantas para que las puntas de sus raíces expresen moléculas que inactivarían AtATR.
Sin embargo, tal vez no sea necesario un enfoque tan específico, argumenta Larsen. Incluso después de cultivar las plantas mutantes en suelos que contienen aluminio durante varias generaciones, no hay efectos deletéreos obvios sobre el crecimiento, la viabilidad [o] la producción de semillas, dice.