La biodiversidad inspira a la biotecnología a encontrar soluciones a la crisis climática. por UNICAMP, Brasil

Un artículo publicado ayer en Scientific Data muestra que el desarrollo biotecnológico tiene mucho que aprender de las plantas de Campo Rupestre cuando se trata de adaptarse a las condiciones ambientales estresantes. Es bien sabido que los microorganismos y las plantas juegan un papel complementario y simbiótico en el ciclo de los nutrientes esenciales de las plantas, como las micorrizas de raíz. En un barrido sin precedentes de los organismos asociados con dos especies de Velloziacea, se ha descubierto que queda mucho trabajo por delante. Una multitud de hongos aún desconocidos por la ciencia prevalecen en los suelos y rocas muestreados. Los microorganismos pueden ser la clave para comprender la estrategia eficiente de estas plantas. Los campos de Rupestres están ubicados en regiones de altitud, principalmente en Minas Gerais, pero también en Bahía.

Los escenarios futuros convergen. Es esencial, como lo muestran las proyecciones, adaptarse al inevitable aumento de la temperatura global y la redistribución de la lluvia en gran parte de Brasil. Los fenómenos extremos como la sequía y las inundaciones serán más frecuentes. La producción agrícola tiene que prepararse.

Estas proyecciones están asociadas con el agotamiento de las reservas de fósforo, un elemento crucial para el crecimiento de las plantas. Sin fósforo, no hay producción de alimentos. Como nutriente esencial en los fertilizantes para la producción de alimentos, el fósforo no tiene sustituto. El fósforo asegura la fertilidad del suelo y el alto rendimiento de los cultivos, apoya los medios de vida de los agricultores y, en última instancia, la seguridad alimentaria de la población mundial. Sin embargo, los agricultores del mundo dependen del fósforo de las rocas delgadas de fosfato, que son cada vez más escasas, más caras y se concentran en unos pocos países: solo Marruecos controla tres cuartos de las reservas de fosfato de alta calidad del mundo. Al mismo tiempo, el uso ineficiente del fósforo en todos los sistemas alimentarios está contaminando nuestros ríos y océanos,

Una de las alternativas para adaptarse a este escenario es desarrollar cultivos agrícolas capaces de crecer a altas temperaturas mientras se ahorra agua y fósforo. Impulsado por este desafío, el Centro de Investigación de Genómica del Cambio Climático (GCCRC) , a través de una asociación entre Unicamp y Embrapa y financiado por Fapesp, está anticipando y buscando inspiración de la biodiversidad brasileña para generar variedades de cultivares agrícolas que sean capaces de desarrollarse en ambientes limitantes.

"El mundo depende o dependerá cada vez más de tecnologías que permitan una producción más sostenible de alimentos, energía y medicamentos. Necesitamos reducir el impacto de las actividades humanas en la naturaleza y, en consecuencia, en el cambio climático ", explica Paulo Arruda, profesor del Instituto de Biología de la Unicamp (IB) y coordinador del GCCRC.

Descifrando los secretos de los campos rupestres

Esta imagen aparentemente apocalíptica de falta de agua, pocos nutrientes, mucha radiación cálida, ocurre naturalmente en los Campos Rupestres. "En ellos encontramos suelos rocosos, largos períodos de sequía y uno de los entornos de fósforo más pobres del mundo. Esto impone severas condiciones limitantes de crecimiento en las plantas. Ciertamente tenemos mucho que aprender de estas plantas ", explica Isabel Gerhardt, investigadora de Embrapa Informática Agropecuária.

Los campos de Rupestres se encuentran en las cimas de montañas y mesetas con altitudes superiores a 900 m con afloramientos rocosos donde predominan malezas, pastos y arbustos y pequeños árboles.

A pesar de ocupar menos del 1% de la superficie terrestre brasileña, los Campos Rupestres albergan más de 5.000 especies de plantas, de las cuales más del 40% no se encuentran exclusivamente en este ecosistema.

La investigación publicada ayer (31/07) en la revista Scientific Data , revista del grupo Nature , aporta un enfoque sin precedentes a los campos rupestres: la metagenómica. "Ya hay varios estudios sobre la ecología y la ecofisiología de las especies de campos de roca, pero las comunidades microbianas y su relación con la supervivencia en condiciones tan estresantes es la primera vez", explica Rafael Soares Correa de Souza, becario postdoctoral en GCCRC y Fapesp Fellow. La metagenómica es cuando se accede a todo el material genético del medio ambiente. "No observamos un grupo específico de microorganismos, pero todo lo que la técnica nos permite observar", explica Gerhardt.

Los ómics, como se le llama el conjunto de diferentes enfoques del material genético de los seres vivos (genómica, transcriptoma, metabolómica, metagenómica), son herramientas muy robustas que pueden ayudar a desentrañar nuevas dimensiones de estos componentes no descifrados de la biodiversidad, explica Rafael Oliveira. , profesor del Instituto de Biología y coautor del artículo.

De mazo a secuencia genética

Los científicos trajeron el equipaje de la colección de campo, mazos y azadas, herramientas poco convencionales para un grupo de investigadores en el campo de la genética molecular. El grupo GCCRC se asoció con el equipo del Laboratorio Funcional de Ecología Vegetal para recolectar tejidos vegetales, rocas y tierra en los Campos Rupestres del Parque Nacional Serra do Cipó.

Los objetivos fueron dos especies: Vellozia epidendroides y Barbacenia macrantha , ambas de la familia Velloziaceae. Las especies epidendroides Vellozia crece en suelos poco profundos, ya Barbacenia macrantha crece en roca. "Esta leche de piedra, o más bien fósforo de piedra", bromea Souza, refiriéndose a la sofisticada estrategia de movilización de nutrientes de la especie. Las Velloziaceae están altamente especializadas en condiciones de bajos nutrientes y disponibilidad de agua estacional.

Se procesaron las muestras de tejido vegetal, suelo y rocas. De allí se extrajo todo el ADN posible. Luego, el material genético se envió a uno de los centros de secuenciación genética más grandes del mundo, el Instituto Conjunto del Genoma del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE JGI), que selecciona anualmente en qué investigación colaborar.

El resultado fue una avalancha de nuevas preguntas, explica Antonio Pedro Camargo, estudiante de doctorado del GCCRC, miembro de Fapesp y primer autor del artículo. "Encontramos una cantidad absurda de hongos totalmente desconocidos para la ciencia", dice Camargo. En el caso de los suelos pobres en fósforo no hay micorrizas, por lo que podemos tener una pista importante sobre cómo estas plantas pueden extraer fósforo del medio ambiente, explica Camargo.

"La comunidad de microorganismos todavía se considera cajas negras dentro de los ecosistemas y estas herramientas ayudan a comprender mejor este componente. El primer paso fue encontrarnos. Ahora que tenemos una idea, los próximos pasos serán comprender su función ", concluye Rafael Oliveira.

Sobre GCCRC

El Centro de Investigación Genómica sobre el Cambio Climático (GCCRC) es un Centro de Investigación conjunto Embrapa / Unicamp cuya misión principal es crear activos biotecnológicos a través de la genómica aplicada a la adaptación de los cultivos al estrés asociado con el cambio climático. El GCCRC construyó y expandió la Unidad Conjunta de Investigación de Genómica Aplicada al Cambio Climático (UMiP GenClima), una iniciativa entre Embrapa y Unicamp establecida en 2012. El GCCRC reunió a científicos en un laboratorio financiado por FAPESP de última generación a través de Ingeniería de Investigación (ERC) y el Programa de Apoyo a Microbiomas, financiado por el programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea.

Fuente: Red Innovagro