Los microorganismos pueden reducir la temperatura de la planta por Embrapa, Brasil

Fuente: Red Innovagro

Las plantas inoculadas con microorganismos seleccionados mostraron una reducción de la temperatura de las hojas de hasta 4 ° C, al optimizar el flujo de agua y la transpiración de las hojas.

Ante la escasez de agua, las plantas inoculadas tuvieron una productividad tres veces mayor. Para la observación, el equipo de investigación desarrolló una plataforma sofisticada para la recopilación de datos en tiempo real. El trabajo reunió más de cinco millones de puntos de datos, 60 mil fotos y analizó 500 plantas.

El descubrimiento abre el camino para el desarrollo de nuevas biotecnologías agrícolas.

Una encuesta realizada por el Centro de Genómica Aplicada al Cambio Climático ( GCCRC ), una iniciativa de Embrapa y la Universidad Estatal de Campinas ( Unicamp ), mostró que los microorganismos pueden reducir la temperatura de las plantas. Los científicos demostraron que la presencia de una comunidad sintética de estos pequeños seres vivos logró reducir la temperatura de las hojas de las plantas de maíz sometidas a altas temperaturas hasta en cuatro grados.

El estudio Modulando la respuesta al estrés por sequía del maíz por una comunidad bacteriana sintética fue publicado el jueves (21/10) en la revista Frontiers in Microbiology .

A través de una sofisticada plataforma de recolección de datos en tiempo real, los investigadores demostraron que los microorganismos ayudan a controlar el flujo de agua de la planta y, por lo tanto, la tolerancia a la sequía. El descubrimiento allana el camino para el desarrollo de nuevas biotecnologías agrícolas que pueden garantizar la seguridad alimentaria durante la transición a una economía baja en carbono.

Los científicos están descubriendo cada vez más que los hongos, las bacterias y las arqueas presentes en el suelo, la raíz, el tallo y las hojas de los vegetales juegan un papel clave en el crecimiento de las plantas, la productividad y las respuestas a las condiciones ambientales cambiantes como la sequía y el calor. Lo que no se sabe es cómo ocurrió esta interacción y cómo estos seres invisibles afectaron a las plantas.

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Los autores de este trabajo, disponible aquí , son Jaderson SL Armanhi, Rafael SC de Souza y Bárbara B. Biazotti, del GCCRC y del Centro de Biología Molecular e Ingeniería Genética (CBMEG) de la Unicamp; Juliana E. Yassitepe, del GCCRC y Embrapa Informática Agropecuária; y Paulo Arruda, del GCCRC, CBMEG y el Instituto de Biología de la Unicamp.

Parte de estos desafíos se debe a las limitaciones de las metodologías para medir lo que sucede en las plantas en tiempo real. "Las estrategias de uso común se topan con la imposibilidad de evaluar continuamente la respuesta de las plantas a las fluctuaciones ambientales, limitándose a unas pocas mediciones realizadas de forma específica", explica el biólogo molecular Jaderson Armanhi, investigador del GCCRC y autor del estudio. .

Herramienta sofisticada hecha en casa

Para solucionar este problema, los científicos construyeron una plataforma de sensores capaces de medir la temperatura, el flujo de agua, la fotosíntesis y varios otros parámetros ambientales y de plantas en tiempo real. "Usamos múltiples sensores no invasivos conectados a plantas, sensores ambientales y cámaras fotográficas; todo con puntos de recolección de datos simultáneos ", dice Armanhi, quien ingresó al mundo de la ingeniería electrónica para crear el aparato tecnológico necesario para recolectar datos en tiempo real.

"Las plataformas comerciales de fenotipado a gran escala son estructuras complejas y costosas, lo que limita su uso a unos pocos laboratorios en el mundo. La plataforma construida en este trabajo muestra que es posible obtener información robusta, sin precedentes y, además, ahorrar recursos ", evalúa la investigadora de Embrapa Informática Agropecuária Juliana Yassitepe , coautora del artículo.

Así, se puso en marcha un experimento utilizando dos grupos de plantas de maíz: uno con la inoculación de microorganismos previamente seleccionados y otro sin la inoculación. Ambos grupos fueron monitoreados continuamente durante cuatro meses (vea el video a continuación) . Al final, el estudio reunió más de cinco millones de puntos de datos, 60.000 fotos y 500 plantas investigadas.

Utilizando enfoques de biología computacional, los investigadores encontraron que la temperatura de las hojas del grupo de plantas con los microorganismos seleccionados se redujo hasta en 4 ° C. Esto se debe a que las plantas inoculadas pudieron optimizar el flujo de agua y la transpiración de las hojas.

"Antitermico" para plantas

"El calentamiento excesivo conduce al mal funcionamiento de las proteínas y otras moléculas en las plantas, lo que afecta su crecimiento. La comunidad de microorganismos sintéticos funciona como un 'antitérmico' de la planta ", ilustra Paulo Arruda, profesor de la Unicamp y coordinador del Centro.

Los autores enfatizan que tanto las plantas inoculadas como las no inoculadas tienen el mismo desempeño en términos de productividad en condiciones normales de riego. Sin embargo, ante la escasez de agua, las plantas inoculadas tuvieron una productividad tres veces mayor.

"Vemos la inoculación como un 'seguro' para la planta en caso de sequía extrema. Ante el escenario de escasez de agua, los microorganismos seleccionados en función de su robustez lograron garantizar la salud de la planta y reducir las pérdidas por falta de agua ", destaca Armanhi.

Tecnologias de microbioma para agricultura

Los científicos dicen que los estudios sobre las contribuciones de los microorganismos a la agricultura, la salud y el medio ambiente se están moviendo cada vez más hacia enfoques sistémicos, considerando el papel de todo el microbioma en el medio ambiente, es decir, los efectos conjuntos de hongos, bacterias y arqueas en diferentes ambientes. "Lo que encontramos fue la punta de un iceberg . Hay mucho por explorar en relación a los beneficios potenciales que estos organismos ofrecen en conjunto a la agricultura, por ejemplo ", dice Armanhi.

Según el informe de las Naciones Unidas (ONU) sobre el clima, la Tierra se está calentando antes de lo esperado. Entre las consecuencias mencionadas, los eventos climáticos extremos están ocurriendo con mayor frecuencia, como inundaciones y olas de calor. De no revertirse el escenario, algunos de los efectos directos para países como Brasil serán sequías más frecuentes y la caída de la capacidad de producción de alimentos, señala la ONU.

Para abordar este desafío, la GCCRC está explorando nuevas fronteras en la biodiversidad brasileña. El grupo está investigando el papel del microbioma en la nutrición e hidratación de algunas plantas en Campos Rupestres y cómo se puede utilizar en nuevas variedades agrícolas. "Esto abre un nuevo horizonte para la ciencia, para la biotecnología y para la preservación de estos focos de biodiversidad", concluye Arruda. Los Rocky Fields son regiones ubicadas en el centro del país que albergan plantas que se desarrollaron en condiciones de sequía severa y suelos pobres en nutrientes.

Sobre o GCCRC

El Centro de Investigación en Genómica para el Cambio Climático ( GCCRC ) tiene como objetivo desarrollar tecnologías para aumentar la tolerancia de las plantas al estrés impuesto por el cambio climático global. Fruto de una alianza entre Embrapa y Unicamp, el Centro es financiado por la Fundación de Apoyo a la Investigación del Estado de São Paulo ( Fapesp ) a través del programa Centros de Investigación en Ingeniería. Está ubicado en Campinas, en el campus de la Universidad. Obtenga más información en el sitio web de GCCRC .