Un equipo de investigadores del Centro de Ciencias de la Vida Bond de la Universidad de Misuri ha descubierto el mecanismo mediante el cual una proteína específica controla la profundidad a la que crecen las raíces de las plantas, abriendo nuevas posibilidades para desarrollar cultivos más resistentes a la sequía.

El estudio, publicado en la revista The Plant Cell, revela que la proteína SRFR1 forma pequeñas estructuras similares a un gel en una parte específica de la raíz externa. Estas estructuras, denominadas condensados, se forman naturalmente para ayudar al crecimiento de la raíz, según explicó Walter Gassmann, director del Centro de Ciencias de la Vida Bond y profesor en la Facultad de Agricultura, Alimentación y Recursos Naturales.

"Dependiendo del entorno, las plantas a veces necesitan una raíz más larga o más corta, y descubrimos que esta proteína ayuda a regular ese resultado", señaló Gassmann. "En tiempos de sequía, las plantas necesitan raíces más largas para llegar más profundamente en el suelo en busca de agua o nutrientes. Ahora que hemos aprendido lo que hace esta proteína, podemos manipularla para ayudar a las plantas a prosperar en diversos entornos".

Los investigadores lograron alterar genéticamente la proteína para "sobrecargar" este proceso de condensación, lo que resultó en plantas con raíces más largas. Utilizando una herramienta de inteligencia artificial que predice la estructura de una proteína, identificaron qué aminoácidos forman enlaces entre dos moléculas de SRFR1.

Con este conocimiento, el equipo diseñó un fragmento sintético de código genético editado y lo combinó con la enzima ADN polimerasa para generar nuevo ADN modificado. Este ADN fue insertado en una bacteria que ayuda a transportar el nuevo material genético a las flores de una planta, de modo que el ADN modificado se convierte en parte permanente de las semillas.

"Usando el Núcleo Avanzado de Microscopía de Luz de Mizzou, pudimos ver que nuestras plantas genéticamente alteradas estaban formando más de estos condensados en la raíz externa, lo que resultaba en raíces aún más largas que las plantas silvestres", explicó Gassmann. "La conclusión es que una vez que entendemos mejor estos organismos, podemos diseñarlos, criarlos o cambiarlos de una manera que mejore la agricultura".

Este descubrimiento se suma a otros avances recientes en la comprensión de cómo las plantas se adaptan a condiciones de sequía. Un estudio publicado en la revista Cell Host & Microbe de Cell Press encontró que los microbios podrían ayudar a los robles a hacer frente al cambio ambiental, particularmente durante períodos de sequía prolongada.

Los investigadores de la Universidad de Birmingham observaron robles semi-maduros que crecían en un bosque natural y descubrieron que los microbiomas de los árboles, tanto por encima como por debajo del suelo, eran resistentes a la sequía, la escasez de nutrientes y la exposición a escarabajos y bacterias patógenas. Los árboles mostraron cambios sutiles en su microbiota asociada a las raíces después de una sequía prolongada, lo que sugiere que pueden reclutar bacterias beneficiosas en condiciones de estrés.

"A medida que aumentan los factores de estrés ambiental, una de las adaptaciones clave que tienen los árboles es su microbioma", señalaron los investigadores de Birmingham. "Si podemos obtener una comprensión más mecánica de cómo las interacciones huésped-microbio ayudan a los árboles a navegar y tolerar la sequía, podría abrir la oportunidad de mejorar la tolerancia, por ejemplo, inoculando árboles con microbios beneficiosos".

En otro enfoque innovador para combatir el estrés hídrico, científicos han desarrollado un sistema de cultivo de camas revestidas de baja tecnología para mejorar la tolerancia al estrés por sequía en pepinos en condiciones semiáridas. Este sistema incorpora revestimientos de polietileno para reducir la percolación profunda y la pérdida de nutrientes.

Un estudio realizado en Nubaria, Egipto, comparó dos sistemas de cultivo (camas revestidas versus no revestidas) bajo dos regímenes de riego. Las camas revestidas mejoraron significativamente la biomasa de brotes y raíces, la altura de la vid, el número de hojas y el área foliar bajo riego deficitario, con valores comparables al riego completo, mientras que las camas no revestidas mostraron reducciones pronunciadas.

El rendimiento se mantuvo en las camas revestidas bajo riego deficitario (26,56 kg m⁻²; reducción del 14,4% respecto al 100% de ETc) en comparación con las fuertes disminuciones en las camas no revestidas (11,31 kg m⁻²; reducción del 63,6%). La mayor eficiencia en el uso del agua se produjo en camas revestidas al 50% de ETc, más del doble que el tratamiento no revestido equivalente.

Gassmann, quien ha estado estudiando el papel de la proteína SRFR1 durante los últimos 20 años, enfatiza la importancia de la investigación fundamental en una universidad de concesión de tierras como Mizzou. "Para algún día ayudar a los agricultores a cultivar plantas más resistentes, particularmente en áreas con sequía, tenemos que entender mejor la biología celular subyacente en primer lugar", afirmó.

El trabajo de Gassmann como biólogo de plantas implica examinar miles de plantas con mutaciones aleatorias o proteínas que han sido desactivadas o "eliminadas" para aprender más sobre el papel que desempeñan en el desarrollo de una planta o la resistencia a los patógenos.

"La colaboración interdisciplinaria entre científicos en el Centro de Ciencias de la Vida Bond y en todo el campus es lo que hace de Mizzou una universidad de investigación líder, y es lo que alimenta nuestra emoción en el futuro", concluyó Gassmann.