Las raíces de las plantas tienen su propio termómetro para medir la temperatura del suelo que las rodea y ajustan su crecimiento en consecuencia. A través de extensos experimentos, un equipo dirigido por la Universidad Martin Luther Halle-Wittenberg (MLU) pudo demostrar que las raíces tienen su propio sistema de respuesta y detección de temperatura.
En un nuevo estudio publicado en TheEMBO Journal, los científicos brindan una nueva explicación acerca de cómo las raíces detectan y reaccionan a temperaturas más altas. Los resultados podrían ayudar a desarrollar nuevos enfoques para el fitomejoramiento.
Los investigadores utilizaron cámaras climáticas para investigar cómo reaccionaban Arabidopsis thaliana (organismo vegetal modelo) y los cultivos de col y tomate, al aumento de la temperatura ambiente. El aumento de la temperatura fue de 20 a 28°C (68 a 82.4° Fahrenheit).
«Hasta ahora, se suponía que el brote controlaba el desarrollo de toda la planta y actuaba como un transmisor de larga distancia que le indicaba a la raíz que debía modificar su crecimiento», dice el profesor Marcel Quint del Instituto de Ciencias Agrícolas y Nutricionales en la MLU. Su equipo ahora ha podido refutar esto a través de extensos experimentos en cooperación con investigadores del Instituto Leibniz de Bioquímica Vegetal (IPB), ETH Zurich y el Instituto Max Planck para la Investigación en Fitomejoramiento en Colonia. En un experimento, los científicos cortaron el brote de las plantas, pero permitieron a las raíces seguir creciendo.
«Descubrimos que las raíces no se vieron afectadas por esto y crecieron a temperaturas elevadas de la misma manera que sucedió en las plantas con los brotes intactos. La mayor temperatura estimuló la división celular y las raíces se hicieron significativamente más largas», dice Quint. El equipo también utilizó plantas mutantes cuyos brotes ya no podían detectar y responder a temperaturas más altas. Estos fueron injertados en raíces sin esta carencia. Aquí, también, las raíces fueron capaces de reaccionar al calor del suelo, aun cuando el brote no tuvo ningún efecto.
En todos sus experimentos, los investigadores encontraron que las células de la raíz aumentaron la producción de Auxina (hormona del crecimiento), que luego era transportada a los ápices de las raíces. Ahí, estimuló la división celular y permitió que las raíces se adentraran a mayor profundidad en el suelo. «Como el calor y la sequía generalmente van de la mano, tiene sentido que las plantas aprovechen las capas más profundas y más frescas del suelo, que contienen agua», explica Quint.
Desde hace algún tiempo los científicos entienden cómo reaccionan los brotes de las plantas a temperaturas más altas. Sus células también producen más auxina, pero la parte aérea de la planta reacciona de manera diferente a las raíces. Las células en el brote se estiran, el tallo crece más alto y las hojas se vuelven más angostas y crecen más alejadas.
El estudio también proporciona nuevos conocimientos para el fitomejoramiento. «En vista del cambio climático, el crecimiento de las raíces se está volviendo cada vez más importante para el mejoramiento. Comprender la base molecular del crecimiento de las raíces dependiente de la temperatura podría ayudar a equipar eficazmente a las plantas contra el estrés por sequía y lograr rendimientos estables a largo plazo», dice Quint.
El equipo de Quint continuará su trabajo en este campo de investigación en los próximos años.
Referencias:
Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg. (10 de Julio de 2023). PHYS ORG. Obtenido de Roots are capable of measuring heat on their own, new study shows: https://phys.org/news/2023-07-roots-capable.html
UN NUEVO SENSOR DE SUELO PUEDE MEJORAR LA EFICIENCIA DE LA FERTILIZACIÓN
Medir la temperatura y los niveles de nitrógeno en el suelo es importante para la producción agrícola, sin embargo, determinarlos por separado es difícil. Huanyu “Larry” Cheng, profesor asociado de la Escuela James L. Henderson, Jr. Memorial de Ciencias de la Ingeniería y Mecánica en Penn State, lideró a un grupo de investigadores en el desarrollo de un sensor multiparamétrico que puede desacoplar eficazmente las señales de temperatura y nitrógeno para que cada una pueda medirse de manera precisa. Los resultados fueron publicados recientemente por la revista “Advanced Materials”.
«Para una fertilización eficiente, existe la necesidad de un monitoreo continuo y en tiempo real de las condiciones del suelo, específicamente la utilización de nitrógeno y la temperatura del suelo «, dijo Cheng. “Esto es esencial para evaluar la sanidad de los cultivos, reducir la contaminación ambiental y promover una agricultura sostenible y de precisión”.
El uso de nitrógeno como fertilizante es una práctica común en la agricultura y el objetivo es utilizar la cantidad ideal para obtener el mejor rendimiento de los cultivos. Cuando se usa muy poco nitrógeno, el rendimiento del cultivo puede ser inferior al óptimo. Cuando se usa demasiado, se desperdicia fertilizante, las plantas pueden dañarse (“quemarse”) y se liberan gases dañinos de Nitrógeno al medio ambiente. La detección precisa de los niveles de nitrógeno, específicamente, la pérdida de nitrógeno en forma de gas, puede ayudar a los agricultores a lograr niveles óptimos de fertilización para el crecimiento de las plantas.
Medir la temperatura y los niveles de nitrógeno en el suelo es importante para la producción agrícola, sin embargo, determinarlos por separado es difícil. Huanyu “Larry” Cheng, profesor asociado de la Escuela James L. Henderson, Jr. Memorial de Ciencias de la Ingeniería y Mecánica en Penn State, lideró a un grupo de investigadores en el desarrollo de un sensor multiparamétrico que puede desacoplar eficazmente las señales de temperatura y nitrógeno para que cada una pueda medirse de manera precisa. Los resultados fueron publicados recientemente por la revista “Advanced Materials”.
«Para una fertilización eficiente, existe la necesidad de un monitoreo continuo y en tiempo real de las condiciones del suelo, específicamente la utilización de nitrógeno y la temperatura del suelo «, dijo Cheng. “Esto es esencial para evaluar la sanidad de los cultivos, reducir la contaminación ambiental y promover una agricultura sostenible y de precisión”.
El uso de nitrógeno como fertilizante es una práctica común en la agricultura y el objetivo es utilizar la cantidad ideal para obtener el mejor rendimiento de los cultivos. Cuando se usa muy poco nitrógeno, el rendimiento del cultivo puede ser inferior al óptimo. Cuando se usa demasiado, se desperdicia fertilizante, las plantas pueden dañarse (“quemarse”) y se liberan gases dañinos de Nitrógeno al medio ambiente. La detección precisa de los niveles de nitrógeno, específicamente, la pérdida de nitrógeno en forma de gas, puede ayudar a los agricultores a lograr niveles óptimos de fertilización para el crecimiento de las plantas.
El equipo de Cheng diseñó y fabricó un sensor de alto rendimiento para desacoplar por completo la detección de la pérdida de nitrógeno y la temperatura del suelo. El sensor multiparamétrico se basa en espuma de grafeno inducida por láser y dopado** con óxido de vanadio. El óxido de vanadio puede adsorber e interactuar con los gases de nitrógeno, y también se ha descubierto que los complejos metálicos dopantes en el grafeno mejoran la adsorción de gases y la sensibilidad de detección.
**Dopaje en semiconductores significa agregar impurezas a un material semiconductor con el fin de modificar sus propiedades electrónicas.
El sensor está encapsulado por una membrana suave que bloquea la permeación del gas nitrógeno para que el sensor responda solo a las variaciones de temperatura. Además, se puede quitar el encapsulado y operar el sensor a una temperatura elevada. Al hacerlo, se elimina la influencia de la humedad relativa y la temperatura en el suelo para permitir una medición precisa del gas nitrógeno. La combinación del sensor encapsulado y el sensor no encapsulado puede desacoplar completamente la temperatura y el gas nitrógeno sin interferencias.
La desvinculación de las variaciones de temperatura y las emisiones de gas nitrógeno se puede aprovechar para diseñar y aplicar dispositivos multimodales con mecanismos de detección desacoplados para la agricultura de precisión en todas las condiciones climáticas, según Cheng.
«La capacidad de detectar simultáneamente concentraciones muy bajas de óxido de nitrógeno y pequeños cambios de temperatura allana el camino para el desarrollo de futuros dispositivos electrónicos multimodales con mecanismos de detección desacoplados para agricultura de precisión, monitoreo de la salud y otras aplicaciones», dijo Cheng.
La Alianza de Biodiversidad Internacional y el Centro Internacional de Agricultura Tropical, Julio 2023
La ganadería, la industria del petróleo y los vertederos son los principales productores de metano, un potente gas de efecto invernadero. No obstante, otro contribuyente importante, aunque menos conocido, es uno de los cultivos más populares del mundo: el arroz. Las plantas de arroz liberan metano del campo de arroz inundado hacia la atmósfera.
Un nuevo artículo de investigadores de la Alianza de Biodiversidad Internacional y el Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT) ha encontrado que es posible reducir las emisiones de este gas mediante el desarrollo de nuevas variedades de arroz.
Según el Banco Mundial, el cultivo del arroz es responsable del 10% de las emisiones globales de metano y también contribuye a las emisiones de óxido nitroso y dióxido de carbono. A pesar de esto, la emisión de gases de efecto invernadero en los sistemas de producción de arroz, particularmente en la región de América Latina y el Caribe, ha sido un área de investigación, en gran medida sin explotar, a fin de reducir las emisiones globales.
En un nuevo artículo publicado en la revista All Earth, investigadores de la Alianza de Biodiversidad Internacional y el CIAT encontraron que la transición a sistemas de producción de arroz con bajas emisiones de metano, puede acelerarse utilizando las diferencias genéticas de las plantas en relación con la productividad, y las características de la raíz, para desarrollar una variedad de arroz que pueda mantener los rendimientos actuales, pero con menos emisiones globales de gases de efecto invernadero.
El equipo exploró las influencias genéticas en las emisiones de metano y destacó la necesidad de seguir desarrollando híbridos que aprovechen las diferencias en las raíces y otras características anatómicas de la parte aérea de las plantas, en relación con este tipo de emisiones.
María Fernanda Álvarez, líder del programa de arroz de la Alianza de Biodiversidad Internacional y el CIAT, y una de las autoras del artículo, explicó qué si bien los híbridos de mayor rendimiento que estudiaron tienen mayores emisiones absolutas de metano que las variedades actuales, generan una cantidad de metano similar por grano de arroz producido.
Esto implica qué al adoptar híbridos de arroz, los agricultores pueden alcanzar los objetivos de producción sin aumentar significativamente la emisión de metano por grano de arroz producido en comparación con las variedades de menor rendimiento.
Debemos reconocer que no es fácil reducir las emisiones de metano y mantener sistemas productivos de arroz, pero nuestros resultados sugieren que hay esperanza”, dijo Álvarez.
Reducir las emisiones de arroz
Cuando el suelo se inunda, como ocurre en la producción de arroz, se producen condiciones de bajo oxígeno (anaerobias) en las que prosperan bacterias productoras de metano.
La planta de arroz usa su tejido de aerénquima (tejido vegetal esponjoso parecido a una chimenea) para permitir que el oxígeno se mueva hacia las raíces y las bacterias productoras de metano en el suelo usan el mismo tejido para enviar metano a la atmósfera.
Paul Abayomi S. Soremi, primer autor del artículo y actualmente profesor de la Universidad Federal de Agricultura en Abeokuta, Nigeria, explicó qué en condiciones de anegamiento, las raíces de las plantas en general y las del arroz en particular son responsables de absorber y expulsar gases, incluido el metano.
«Los retos para disminuir la emisión de metano a través de la expresión del aerénquima incluyen la falta de disponibilidad de equipos adecuados y actualizados para caracterizar el aerénquima, la enorme necesidad de consumibles y la capacidad humana no apropiada», dijo, «Esto requiere una enorme inversión financiera».
Soremi explicó que este aspecto de la transferencia de metano no se ha investigado a fondo.
«Hay escasez de información adecuada sobre la optimización del aerénquima para disminuir la emisión de metano en condiciones de anegamiento”, dijo.
Un futuro con menos emisiones
Ngonidzashe Chirinda, profesor de agricultura tropical sostenible en la Universidad Politécnica Mohammed VI de Marruecos, coautor del artículo y experto en el impacto de la agricultura en los gases de efecto invernadero, dijo que se necesitaba más investigación sobre la fisiología de las plantas para desarrollar la próxima generación de variedades con emisiones bajas de metano.
Chirinda explica que, si bien no existen soluciones mágicas en lo que respecta a las emisiones del cultivo de arroz, la esperanza es lograr la aceptación de la comunidad e incluso certificar potencialmente las reducciones de emisiones en el futuro para que los agricultores sean compensados por reducir las emisiones mientras mantienen o aumentan sus rendimientos.
«Para llevar esto a una mayor escala de adopción, es necesario incentivar a los agricultores para que implementen las buenas prácticas y, si se puede disponer de un arroz con bajas emisiones y alto rendimiento, se pueden lograr ambos objetivos», dijo Chirinda, «Todos ganan: el agricultor gana, el medio ambiente gana y el futuro gana».
La Alianza de Biodiversidad Internacional y el Centro Internacional de Agricultura Tropical, Julio 2023)
La ganadería, la industria del petróleo y los vertederos son los principales productores de metano, un potente gas de efecto invernadero. No obstante, otro contribuyente importante, aunque menos conocido, es uno de los cultivos más populares del mundo: el arroz. Las plantas de arroz liberan metano del campo de arroz inundado hacia la atmósfera.
Un nuevo artículo de investigadores de la Alianza de Biodiversidad Internacional y el Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT) ha encontrado que es posible reducir las emisiones de este gas mediante el desarrollo de nuevas variedades de arroz.
Según el Banco Mundial, el cultivo del arroz es responsable del 10% de las emisiones globales de metano y también contribuye a las emisiones de óxido nitroso y dióxido de carbono. A pesar de esto, la emisión de gases de efecto invernadero en los sistemas de producción de arroz, particularmente en la región de América Latina y el Caribe, ha sido un área de investigación, en gran medida sin explotar, a fin de reducir las emisiones globales.
En un nuevo artículo publicado en la revista All Earth, investigadores de la Alianza de Biodiversidad Internacional y el CIAT encontraron que la transición a sistemas de producción de arroz con bajas emisiones de metano, puede acelerarse utilizando las diferencias genéticas de las plantas en relación con la productividad, y las características de la raíz, para desarrollar una variedad de arroz que pueda mantener los rendimientos actuales, pero con menos emisiones globales de gases de efecto invernadero.
El equipo exploró las influencias genéticas en las emisiones de metano y destacó la necesidad de seguir desarrollando híbridos que aprovechen las diferencias en las raíces y otras características anatómicas de la parte aérea de las plantas, en relación con este tipo de emisiones.
María Fernanda Álvarez, líder del programa de arroz de la Alianza de Biodiversidad Internacional y el CIAT, y una de las autoras del artículo, explicó qué si bien los híbridos de mayor rendimiento que estudiaron tienen mayores emisiones absolutas de metano que las variedades actuales, generan una cantidad de metano similar por grano de arroz producido.
Esto implica qué al adoptar híbridos de arroz, los agricultores pueden alcanzar los objetivos de producción sin aumentar significativamente la emisión de metano por grano de arroz producido en comparación con las variedades de menor rendimiento.
Debemos reconocer que no es fácil reducir las emisiones de metano y mantener sistemas productivos de arroz, pero nuestros resultados sugieren que hay esperanza”, dijo Álvarez.
Reducir las emisiones de arroz
Cuando el suelo se inunda, como ocurre en la producción de arroz, se producen condiciones de bajo oxígeno (anaerobias) en las que prosperan bacterias productoras de metano.
La planta de arroz usa su tejido de aerénquima (tejido vegetal esponjoso parecido a una chimenea) para permitir que el oxígeno se mueva hacia las raíces y las bacterias productoras de metano en el suelo usan el mismo tejido para enviar metano a la atmósfera.
Paul Abayomi S. Soremi, primer autor del artículo y actualmente profesor de la Universidad Federal de Agricultura en Abeokuta, Nigeria, explicó qué en condiciones de anegamiento, las raíces de las plantas en general y las del arroz en particular son responsables de absorber y expulsar gases, incluido el metano.
«Los retos para disminuir la emisión de metano a través de la expresión del aerénquima incluyen la falta de disponibilidad de equipos adecuados y actualizados para caracterizar el aerénquima, la enorme necesidad de consumibles y la capacidad humana no apropiada», dijo, «Esto requiere una enorme inversión financiera».
Soremi explicó que este aspecto de la transferencia de metano no se ha investigado a fondo.
«Hay escasez de información adecuada sobre la optimización del aerénquima para disminuir la emisión de metano en condiciones de anegamiento”, dijo.
Un futuro con menos emisiones
Ngonidzashe Chirinda, profesor de agricultura tropical sostenible en la Universidad Politécnica Mohammed VI de Marruecos, coautor del artículo y experto en el impacto de la agricultura en los gases de efecto invernadero, dijo que se necesitaba más investigación sobre la fisiología de las plantas para desarrollar la próxima generación de variedades con emisiones bajas de metano.
Chirinda explica que, si bien no existen soluciones mágicas en lo que respecta a las emisiones del cultivo de arroz, la esperanza es lograr la aceptación de la comunidad e incluso certificar potencialmente las reducciones de emisiones en el futuro para que los agricultores sean compensados por reducir las emisiones mientras mantienen o aumentan sus rendimientos.
Referencias:
The Alliance of Bioversity International and the International Center for Tropical Agriculture. (5 de Julio de 2023). PHYS ORG. Obtenido de In search of rice to reduce methane emissions: https://phys.org/news/2023-07-rice-methane-emissions.html
¿Cómo podemos aumentar la producción de alimentos en más del 50%, con una cantidad limitada de tierra cultivable, para alimentar a 10 mil millones de personas proyectadas para 2050?
La solución podría venir en forma de microalgas nutritivas y ricas en proteínas (unicelulares), cultivadas en sistemas de acuicultura terrestres alimentados con agua de mar.
El artículo, titulado «Transformando el futuro de la acuicultura marina: un enfoque de economía circular», publicado en la edición de septiembre de Oceanography, describe cómo el cultivo de algas en tierra podría cerrar una brecha proyectada en las demandas nutricionales futuras de la sociedad y al mismo tiempo mejorar la sostenibilidad ambiental.
«Tenemos la oportunidad de producir alimentos que sean altamente nutritivos, de rápido crecimiento, y podemos hacerlo en ambientes donde no estamos compitiendo por otros usos», dijo Charles Greene, profesor emérito de Ciencias Atmosféricas y de la Tierra y principal autor del artículo. «Y debido a que los estamos produciendo en instalaciones relativamente cerradas y controladas, no tenemos el mismo tipo de impactos ambientales».
Incluso a medida que la población de la Tierra crezca en las próximas décadas, el cambio climático, la limitada tierra cultivable, la falta de agua dulce y la degradación ambiental, limitarán la cantidad de alimentos que se pueden ´producir, según el documento.
«Simplemente no podemos alcanzar nuestros objetivos con la forma en que actualmente producimos alimentos y nuestra dependencia de la agricultura terrestre», dijo Greene.
Con las poblaciones de peces silvestres ya fuertemente explotadas, y con limitaciones en la acuicultura de peces marinos, mariscos y algas marinas en el océano costero, Greene y sus colegas abogan por el cultivo de algas en las instalaciones de acuicultura en tierra. Los modelos basados en GIS, desarrollados por la exalumna de posgrado de la Universidad de Cornell, Celina Scott-Buechler ’18, MS ’21, predicen los rendimientos en función de la luz solar anual, la topografía y otros factores ambientales y logísticos. Los resultados del modelo revelan que las mejores ubicaciones para las instalaciones de cultivo de algas en tierra se encuentran a lo largo de las costas sur del mundo, incluidos los entornos desérticos.
«Las algas realmente pueden convertirse en el nuevo granero mundial», dijo Greene. «En esa estrecha franja de tierra, podemos producir más que toda la proteína que el mundo necesitará».
Además del alto contenido de proteínas, los investigadores observaron que las algas proporcionan nutrientes que faltan en las dietas vegetarianas, como aminoácidos esenciales y minerales que se encuentran en la carne y ácidos grasos omega-3 que a menudo se obtienen de pescados y mariscos.
Las algas, que crecen 10 veces más rápido que los cultivos tradicionales, se pueden producir de una manera más eficiente que la agricultura en cuanto al uso de nutrientes. Por ejemplo, cuando los agricultores agregan fertilizantes de Nitrógeno y Fósforo para producir cultivos agricolas, aproximadamente la mitad se escurre de los campos y contamina las vías fluviales. Con las algas cultivadas en instalaciones cerradas, el exceso de nutrientes puede capturarse y reutilizarse.
De manera similar, se debe adicionar dióxido de carbono a los estanques de acuicultura para producir algas. Los investigadores y las empresas han estado experimentando con la adición de algas a los materiales de construcción y al cemento, donde el carbono es secuestrado y removido de la atmósfera. «Si usamos algas en estos materiales estructurales de larga vida, entonces tenemos el potencial de ser Carbono negativo y parte de la solución al cambio climático «, dijo Greene.
Un desafío es que el abastecimiento de CO2 actualmente es costoso y energéticamente ineficiente, pero los ingenieros están experimentando con tecnologías solares concentradas que usan espejos para enfocar y concentrar la luz solar para calentar un fluido de trabajo, que a su vez puede usarse en tecnologías de captura directa que capturan Dióxido de Carbono del aire.
Si bien, el cultivo de algas en teoría resuelve muchos problemas relacionados con los alimentos, así como problemas ambientales, solo puede tener éxito si las personas las adoptan en las dietas y para otros usos. Una posibilidad es agregar algas nutritivas como ingrediente principal o suplemento en las carnes de origen vegetal, que actualmente dependen de la soja y los guisantes que son menos nutritivos que las algas.
Investigadores del Instituto de Genética y Biología del Desarrollo (IGDB) de la Academia de Ciencias de China (CAS) identificaron el primer gen de resistencia viral de plantas monocotiledóneas que codifica una proteína del receptor inmunitario repetido (NLR) rica en leucina que se une a nucleótidos, en un pasto silvestre perteneciente al género Brachypodium. Dicho gen se podría emplear para mejorar la resistencia de los cultivos de cereales (trigo y cebada) al virus del mosaico rayado de la cebada (BSMV). Los resultados fueron publicados en la revista New Phytologist.
Las enfermedades virales amenazan seriamente la productividad de los cultivos. Aunque se han identificado varias proteínas NLR que confieren resistencia a virus específicos en plantas dicotiledóneas, no se había encontrado una proteína NLR involucrada en la resistencia viral en plantas monocotiledóneas, incluyendo los cultivos de cereales más importantes trigo, arroz, maíz, cebada, avena, etc. El BSMV es un virus de ARN tripartito de cadena positiva que infecta la cebada (Hordeum vulgare L.), el trigo (Triticum aestivum L.) y la avena (Avena sativa L.), en los que causa graves pérdidas de rendimiento.
Durante las últimas dos décadas, se han logrado importantes avances hacia la comprensión de los procesos de infección de BSMV, sin embargo, los estudios de las interacciones incompatibles durante las interacciones virus-gramíneas se están quedando rezagados. Por lo tanto, la identificación y extracción de nuevos genes de resistencia al BSMV proporcionaría una base para prevenir enfermedades causadas por el BSMV.
Brachypodium distachyon, un miembro de la subfamilia Pooideae de la familia de las Gramíneas (Poaceae), has surgido como una especie modelo para el estudio de cultivos de cereales de ciclo otoño-invierno (cebada, trigo, avena y centeno). Esta pequeña planta es fácil de cultivar, autofértil, tiene un genoma pequeño, un ciclo de vida corto y una gran variabilidad genética.
En este estudio, los investigadores clonaron el primer gen de resistencia al BSMV, resistencia a la raya de cebada 1 (BSR1) que codifica una proteína típica CC-NBS-LRR (NLR) de la línea endogámica Bd3-1 de B. distachyon mediante clonación basada en mapas. Descubrieron que el gen BSR1 del pasto silvestre Brachypodium puede usarse para mejorar la resistencia al BSMV en trigo y cebada.
El análisis de variación de secuencia reveló que BSR1 solo estaba presente en unas pocas muestras de B. distachyon recolectadas en Turquía-Irak y en las muestras de B. hybridum recolectadas en Israel. El gen susceptible bsr1 es bastante interesante con una única inserción de región en el extremo C-terminal, lo que resulta en la pérdida de la respuesta hipersensible típicamente inducida por la proteína de movimiento Triple Gene Block 1 (TGB1) del virus BSMV.
Usando ensayos biológicos, microscopía confocal, análisis mutacional e inmunoprecipitación, los investigadores demostraron de manera convincente que los aminoácidos 390/392 de TGB1 son clave para la interacción con BSR1. En la proteína Brachypodium BSR1, han identificado dos aminoácidos G196/K197 en el bucle P, que son cruciales para la interacción BSR1-TGB1.
Las interacciones BSR1-TGB1 también ocurren en cebada, trigo y N. benthamiana, lo que demuestra la importancia de usar la planta modelo Brachypodium para encontrar nuevos genes para mejorar los cultivos de cereales y analizar el misterio de la resistencia innata de las plantas monocotiledóneas contra los virus.
(University of Illinois at Urbana-Champaign, 2022)
Miscanthus es uno de los cultivos perennes más prometedores para la producción de bioenergía, ya que puede producir altos rendimientos con una pequeña huella ambiental. Este pasto versátil tiene un gran potencial para funcionar aún mejor, ya que se ha puesto mucho menos esfuerzo en mejorarlo a través del mejoramiento genético; en comparación con los cultivos básicos establecidos, como el maíz o la soya.
No obstante, el mejoramiento debe volverse más rápido y más eficiente si se quiere alcanzar el potencial de producción de biomasa sostenible y resiliente en Miscanthus. Un cuello de botella clave en el proceso es la capacidad de medir el crecimiento de miles de variedades del cultivo en el campo y seleccionar las pocas variedades que funcionan mejor. Esto requiere tecnologías nuevas y sofisticadas para capturar datos y analizarlos de forma más eficiente.
Un estudio realizado por investigadores del Centro de Innovación Avanzada de Bioenergía y Bio-productos (CABBI) demostró cómo los vehículos aéreos no tripulados (UAV o drones) combinados con métodos de aprendizaje automático de vanguardia pueden ayudar a seleccionar los mejores genotipos candidatos en los programas de mejoramiento genético de Miscanthus. El equipo utilizó redes neuronales (sistemas informáticos modelados a partir del cerebro y el sistema nervioso humanos) para analizar imágenes aéreas de muy alta resolución e identificar rasgos clave del Miscanthus durante la temporada de crecimiento del cultivo.
En particular, los investigadores de CABBI destacaron que el uso de redes neuronales diseñadas para analizar datos en tres dimensiones (dos dimensiones en el espacio, más el tiempo) permitió mejores estimaciones de las características de los cultivos (momento de floración, altura y producción de biomasa) que las de las redes neuronales tradicionales, que analizan datos en solo dos dimensiones en el espacio. Esto les permitió aprovechar la información respecto a cómo cambia con el tiempo cada una de las miles de plantas en el campo. Además, la red neuronal tridimensional demostró ser capaz de ejecutar automáticamente aspectos del proceso de análisis de imágenes (es decir, encontrar plantas en la imagen) lo cual en muchos otros casos requiere una intervención manual sustancial, que demoraría el proceso.
Esto es especialmente importante en pastos perennes altamente productivos como el Miscanthus, donde el fenotipado en el campo es más complicado y más gratificante.
El estudio, publicado en Remote Sensing, fue dirigido por el Investigador Postdoctoral Sebastián Varela en CABBI, un Centro de Investigación de Bioenergía financiado por el Departamento de Energía de EE. UU.; Andrew Leakey, Director de CABBI, Profesor y Jefe del Departamento de Biología Vegetal, y Profesor del Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica (IGB), Departamento de Ciencias de Cultivos y el Centro de Agricultura Digital de la Universidad de Illinois Urbana- Champán; y Erik Sacks, líder temático adjunto de CABBI para producción de materias primas y profesor de ciencias de cultivos e IGB en Illinois.
Este fue el primer intento de utilizar el monitoreo intensivo de datos de grandes poblaciones genéticamente diversas de Miscanthus utilizando tecnologías digitales. Para su evaluación, los investigadores utilizaron drones para capturar imágenes de alta resolución de los cultivos en 10 ocasiones durante la temporada de crecimiento, junto con datos terrestres de miles de genotipos de Miscanthus, para determinar su momento de floración, altura y rendimiento de biomasa. La fotogrametría combinada de imágenes, que proporciona modelos de superficie digitales, y la tecnología de detección multiespectral que puede obtener imágenes no visibles para el ojo humano apoyó de manera importante en este desarrollo.
«Este es un paso entusiasmante hacia el desarrollo de aplicaciones digitales que pueden facilitar la selección de los mejores genotipos candidatos por una fracción del costo de la selección manual tradicional», dijo Leakey. «Ese es solo un paso clave en el trabajo más amplio que CABBI está haciendo para brindar la comprensión científica y los avances tecnológicos necesarios para hacer que la bioenergía rentable y benéfica para el medio ambiente, sea una realidad para el centro de EE. UU.»
Dijo Sacks: «Nuestros métodos estándar para medir las características del Miscanthus, como el rendimiento y la altura, requieren mucho tiempo y mucho trabajo, pero estos nuevos métodos de obtención de imágenes son más rápidos y mucho menos costosos. Con los métodos más nuevos, podemos evaluar poblaciones más grandes de Miscanthus por el mismo dinero, y eso nos permitirá seleccionar mejores líneas de mejoramiento genético y cultivares más rápidamente».
Los coautores del estudio incluyeron al estudiante de Doctorado Xuying Zheng, el estudiante universitario Dylan P. Allen y el técnico de investigación Jeremy Ruhter, todos con CABBI y Crop Sciences; y al estudiante de doctorado estudiante Joyce N. Njuguna de Ciencias de Cultivos.
Un equipo de horticultores afiliados a una serie de instituciones en Canadá y los EE. UU. ha encontrado una sustancia química que mata a los nematodos del suelo que parasitan los cultivos, sin matar a otros organismos. El estudio se publica en la revista Nature. Los editores de la revista también han publicado un informe de investigación en el mismo número que describe el trabajo realizado por el equipo en este proyecto.
A medida que la población mundial continúa creciendo, los científicos buscan formas de mejorar la producción de alimentos. Uno de esos esfuerzos se centra en aumentar los rendimientos de los cultivos existentes reduciendo las pérdidas ocasionadas por los organismos que se alimentan de ellos o los parasitan, como los nematodos. Ciertos tipos de nematodos han sido identificados como el objetivo principal de investigación porque cada año causan perdidas en los cultivos por más de $100 mil millones de dólares cada año.
Los esfuerzos previos para proteger los cultivos de los nematodos han girado en torno al uso de pesticidas. Desafortunadamente, prácticamente todos ellos también matan organismos benéficos del suelo. Por esa razón, la búsqueda de un nematicida más seguro ha continuado. En este nuevo esfuerzo, el equipo de investigación probó la efectividad y seguridad de una sustancia química llamada Selectivina. Una investigación anterior realizada en 2016, encontró que es químicamente similar a un medicamento llamado levamisol y que mata a los nematodos.
El equipo comenzó aprendiendo más sobre lo que sucede cuando los nematodos se exponen a la Selectivina. Descubrieron que las diminutas criaturas absorben la sustancia química y, una vez que lo hacen, las enzimas llamadas citocromo P450 se modifican convirtiéndose en sustancias químicas tóxicas. También encontraron que se requiere oxígeno del suelo para que se lleve a cabo la modificación. Pruebas adicionales mostraron que las cosas eran diferentes para otros organismos en el suelo; ya que cuando absorbieron la sustancia química, no convirtieron ninguna proteína en químicos tóxicos. De este modo, el químico parecía matar solo a los nematodos del suelo.
Para averiguar si el químico funcionaría como se esperaba en el mundo real, el equipo colaboró con el USDA, evaluando el impacto del tratamiento al suelo con Selectivina en un invernadero de producción de tomate. El equipo encontró que controlaba los nematodos tan bien o mejor que otros productos disponibles comercialmente, pero a diferencia de esos productos, no dañaba a otros organismos en el suelo.
Se requiere realizar más pruebas; por lo general, los pesticidas se someten a una década de pruebas antes de que se aprueben para su uso en cultivos comerciales, pero el equipo está optimista por haber encontrado finalmente una solución al problema de los nematodos.
Referencias:
Yirka, B. (26 de Mayo de 2023). Selectivin found to kill crop-parasitizing nematodes without killing other organisms in the soil. Obtenido de PHYS ORG: https://phys. org/news/2023-05-selectivin-crop-parasitizing-nematodes-soil.html
El control biológico parecería ser la solución natural para el control de malezas en la agricultura orgánica.
Alelopatía
La alelopatía es el efecto químico directo o indirecto de una planta sobre la germinación, crecimiento o desarrollo de las plantas vecinas. Hoy en día se considera comúnmente como un componente del control biológico. Las especies tanto de cultivos como de malezas muestran esta capacidad.
Los cultivos alelopáticos incluyen cebada, centeno, Rye grass anual, trigo sarraceno, avenas, sorgo, híbridos de sorgo del Sudán, alfalfa, trigo, trébol rojo y girasol.
Hortalizas como el rábano picante, la zanahoria y el rábano, liberan sustancias químicas alelopáticas particularmente potentes a partir de sus raíces. Se ha sugerido que los aleloquímicos y otros productos naturales o sus derivados podrían formar la base de los bio-herbicidas. Sin embargo, no está claro si la aplicación de productos químicos naturales para eliminar malezas sería aceptable para las autoridades de normas orgánicas.
El efecto aleopático puede aprovecharse cuando se siembra avena con una nueva plantación de alfalfa. La aleopatía tanto de la alfalfa como de la avena evitará que los cultivos sean asfixiados con malezas durante el primer año.
El trigo sarraceno también es bien conocido por su capacidad supresora de malezas especialmente fuerte. Establecer trigo sarraceno en campos con problemas de malezas puede ser una técnica de limpieza eficaz. Algunos agricultores dejan que el trigo sarraceno crezca solamente durante unas seis semanas antes de arar. Esto no sólo suprime y destruye físicamente las malezas; también libera fósforo y acondiciona el suelo.
Organismos benéficos
Se han realizado pocas investigaciones sobre el uso de microorganismos o insectos depredadores o parásitos para controlar las poblaciones de malezas. Sin embargo, esto puede resultar una herramienta útil de manejo en el futuro. Los enemigos naturales que hasta ahora han tenido éxito incluyen un gorgojo de la maleza acuática Salvinia, una roya de la maleza esquelética (Chondrilla juncea) y probablemente el más famoso, una oruga (Cactoblastissp.) para controlar la tuna. También se están realizando considerables esfuerzos de investigación destinados a modificar genéticamente hongos (mico-herbicidas) y bacterias para que sean más eficaces en el control de malezas específicas. Los mico-herbicidas son una preparación que contiene esporas patógenas que se aplican en forma de aspersión con un equipo estándar de aplicación de herbicidas.
Las malezas están sujetas a enfermedades y ataques de insectos al igual que los cultivos. La mayor parte del control biológico de las malezas ocurre en áreas de pastoreo o no cultivadas. Como resultado, el control biológico tiene poca relevancia para los productores de hortalizas.
Los gansos se han utilizado para el control de malezas en árboles, vides y ciertos cultivos en hileras. La mayoría de los tipos de gansos pastan las malezas, pero los gansos escardadores chinos se consideran los mejores para los cultivos en hileras. Los gansos escardadores chinos son más pequeños que otros tipos de gansos y tienden a caminar alrededor de plantas de cultivo delicadas en lugar de sobre ellas. Los gansos prefieren las especies de pastos y rara vez comen cultivos. Si están confinados, los gansos incluso desenterrarán y comerán rizomas de zacate Johnson y zacate Bermuda. Se debe tener cuidado de evitar colocar a los gansos cerca de cultivos como maíz, sorgo o granos pequeños, ya que este es su alimento preferido. Las hortalizas que dan fruto, como los tomates, cuando empiezan a tomar color, también podrían ser vulnerables, por lo que habría que retirar los gansos de los campos de tomates en ciertos momentos. Los gansos necesitan agua potable, sombra durante el clima cálido y protección de los perros y otros depredadores.
Quimcasa de México 