Los científicos han descubierto cómo las plantas adaptan sus sistemas radiculares en condiciones de sequía para crecer más profundamente en el suelo y acceder a reservas de agua.

Investigadores de la Universidad de Nottingham, en colaboración con la Universidad Jiao Tong de Shanghái, han identificado cómo el ácido abscísico (ABA), una hormona vegetal conocida por su papel en la respuesta a la sequía influye en los ángulos de crecimiento de las raíces en cultivos de cereales como el arroz y el maíz. Los resultados han sido publicados en Current Biology.

El estudio destaca cómo el ácido abscísico (ABA) y la auxina, otra hormona clave, trabajan juntas para dar forma al ángulo de crecimiento de las raíces, proporcionando una estrategia potencial para desarrollar cultivos resistentes a la sequía con una arquitectura del sistema radicular mejorada.

La sequía representa una gran amenaza para la seguridad alimentaria mundial, y mejorar la capacidad de los cultivos para soportar la escasez de agua es crucial. La sequía, un importante factor de estrés abiótico, ha causado pérdidas sustanciales en la producción de cultivos de aproximadamente $30 mil millones en la última década. Con una población proyectada de 10 mil millones para 2050 y una grave disminución de agua dulce, desarrollar cultivos resistentes a la sequía es de suma importancia.

Las plantas dependen de sus sistemas radiculares, los órganos principales para interactuar con el suelo, para buscar activamente agua. En condiciones de sequía, el agua a menudo se agota en la capa superior del suelo y permanece accesible solo en las capas más profundas del suelo. El ABA juega un papel importante en ayudar a las plantas a adaptarse a estas condiciones desafiantes. Este nuevo estudio proporciona información sobre cómo el ABA cambia los ángulos de crecimiento de las raíces para permitir que las plantas alcancen capas más profundas del subsuelo en busca de agua.

Los investigadores descubrieron un nuevo mecanismo donde el ABA promueve la producción de auxina, lo que mejora el gravitropismo de las raíces para que crezcan en ángulos más empinados en respuesta a la sequía. Los experimentos mostraron que las plantas con mutaciones genéticas que bloquean la producción de ABA tenían ángulos de raíz más superficiales y una respuesta de curvatura de raíz más débil a la gravedad en comparación con las plantas normales. Estos defectos estaban relacionados con niveles más bajos de auxina en sus raíces. Al agregar auxina externamente, los investigadores restauraron el crecimiento normal de las raíces en estos mutantes, demostrando que la auxina es clave en este proceso.

Los hallazgos fueron consistentes tanto en el arroz como en el maíz, lo que sugiere que este mecanismo podría aplicarse a otros cultivos de cereales también.

El Dr. Rahul Bhosal, Profesor Asistente de la Escuela de Biociencias y uno de los autores principales del estudio, dijo: «Encontrar formas de abordar la inseguridad alimentaria es vital, y cuanto más entendamos los mecanismos que controlan el crecimiento de las plantas, más cerca estaremos de diseñar sistemas para ayudar a las plantas a mejorar los rendimientos de los cultivos durante las sequías.»

Fuentes

University of Nottingham. (2025, January 10). Plant hormones that help roots reach deeper water provide potential strategy for drought-resistant crops. Phys.org. https://phys.org/news/2025-01-hormones-roots-deeper-potential-strategy.html

En un estudio realizado por científicos de la Universidad de Florida arroja luz sobre cómo las prácticas de manejo del suelo y los nutrientes influyen significativamente en la productividad y calidad de los cultivos de hojas verdes cultivados en sistemas orgánicos de túnel alto. La investigación proporciona valiosos conocimientos para los agricultores orgánicos que buscan optimizar los rendimientos de los cultivos mientras mantienen la salud del suelo y satisfacen las demandas del mercado de productos de alta calidad.

Las verduras de hoja, ricas en vitaminas y minerales esenciales, están cada vez más demandadas en los Estados Unidos, con un crecimiento de las ventas orgánicas de más del 24% entre 2016 y 2021. Florida, un productor clave de verduras de hoja orgánicas, enfrenta desafíos para mantener la productividad debido a las condiciones subtropicales como de temperaturas extremas, fluctuaciones de humedad y lluvias frecuentes. Estos desafíos se ven agravados por suelos arenosos con bajo contenido de materia orgánica, lo que dificulta la gestión del agua y los nutrientes. A medida que los sistemas de túnel alto ganan popularidad entre los productores de Florida, se necesita investigación para evaluar su efectividad en la mejora de los rendimientos y la calidad de los cultivos bajo estas condiciones.

Los túneles altos, que son estructuras sin calefacción similares a invernaderos, se utilizan cada vez más en la agricultura orgánica para extender las temporadas de cultivo y proteger los cultivos de las condiciones climáticas adversas. A pesar de este creciente interés en la producción de vegetales orgánicos en túneles altos, hay información limitada disponible sobre la optimización de la gestión de nutrientes para las verduras de hoja orgánicas en los suelos arenosos de Florida.

En este estudio de 3 años, se examinaron el cultivo de cobertura de alubia (leguminosa), así como una variedad de enmiendas del suelo, insumos de nutrientes y técnicas de manejo para determinar su impacto en el rendimiento de los cultivos en túneles altos, en el contexto de la rotación de cultivos requerida por la producción de vegetales orgánicos. El trabajo se publicó en la revista HortScience.

Los resultados revelaron que la gestión de nutrientes adaptada e integrada no solo mejoró los rendimientos de los cultivos, sino que también ayudó a mantener la calidad nutricional general de las verduras de hoja cultivadas orgánicamente, factores clave para la satisfacción del consumidor y la comercialización. También señaló la necesidad de abordar las interacciones de las prácticas de manejo de la fertilidad del suelo junto con las condiciones ambientales en las composiciones minerales y fitoquímicas de los vegetales, al tiempo que se promueve la productividad de los cultivos.

Este estudio subraya la importancia de equilibrar la fertilidad del suelo y los requisitos de nutrientes de las plantas, especialmente en sistemas de túnel alto con suelos arenosos. Las estrategias de manejo efectivas, sugiere la investigación, pueden ayudar a mitigar desafíos como la lixiviación de nutrientes y la degradación del suelo, asegurando una producción sostenible para los agricultores orgánicos.

Estos hallazgos contribuyen a un creciente cuerpo de conocimiento destinado a apoyar el sector de la agricultura orgánica, ofreciendo recomendaciones prácticas para agricultores y asesores agrícolas. La investigación sobre sistemas de vegetales orgánicos en túneles altos fue parte de un proyecto multiinstitucional recientemente completado, liderado por la Dra. Xin Zhao.

La Dra. Zhao es profesora en el Departamento de Ciencias Hortícolas de la Universidad de Florida, Gainesville. Su programa de investigación se centra en sistemas de vegetales en túneles altos, sistemas de cultivo de vegetales orgánicos e integrados y tecnologías innovadoras para mejorar la resiliencia de los cultivos, la salud del suelo y la calidad de los alimentos en la producción de verduras y fresas.

Fuentes

Cerza, J. (2024, December 30). Investigating soil, nutrient impact on organic leafy greens in unheated, greenhouse-like high tunnel system. Phys.org. https://phys.org/news/2024-12-soil-nutrient-impact-leafy-greens.html

Investigadores han descubierto que el uso de cultivos de cobertura como «mantillo vivo» entre los surcos de maíz puede mejorar significativamente la salud del suelo y el ciclo de nutrientes, ofreciendo un enfoque sostenible para la gestión agrícola.

La investigación, realizada en el condado de Changtu, en el noreste de China, investigó los efectos de diferentes tipos de cultivos de cobertura—leguminosas, gramíneas y una mezcla de ambos—sobre las propiedades del suelo y las comunidades microbianas. El artículo se publicó en la revista Agriculture, Ecosystems & Environment.

Los cultivos de cobertura, sembrados durante o después del crecimiento del cultivo principal, ayudan a prevenir la erosión del suelo, mejorar la fertilidad y aumentar el aporte de nutrientes derivados de las plantas. La degradación del suelo, impulsada por prácticas agrícolas insostenibles, representa serias amenazas para la seguridad alimentaria y el desarrollo agrícola regional.

Los cultivos de cobertura ofrecen una solución integrada de «uso y mantenimiento» para restaurar tierras agrícolas degradadas. Mientras que investigaciones anteriores se han centrado en los efectos de los residuos de cultivos de cobertura en descomposición, este estudio examinó el impacto de los cultivos de cobertura vivos que crecen junto al cultivo principal.

El equipo de investigación del Instituto de Ecología Aplicada de la Academia China de Ciencias en Shenyang llevó a cabo un experimento de campo donde el maíz se intercaló con diferentes tratamientos de cultivos de cobertura.

Los investigadores encontraron que los cultivos de cobertura de leguminosas aumentaron el carbono orgánico disuelto y el nitrógeno disponible en el suelo, alterando la estructura de la comunidad microbiana y promoviendo el ciclo del carbono. Esto alivió la limitación microbiana de carbono, otorgando a los microbios un acceso más fácil al carbono que necesitaban para prosperar.

Por otro lado, los cultivos de cobertura de gramíneas ayudaron a mantener los niveles de carbono y nitrógeno total en el suelo, al tiempo que aumentaron la biomasa microbiana general, particularmente entre los grupos bacterianos.

Los resultados más prometedores provinieron del tratamiento mixto de cultivos de cobertura, que combinó los beneficios tanto de las leguminosas como de las gramíneas. Este enfoque mejoró tanto los niveles de carbono como de nitrógeno, manteniendo el equilibrio general de nutrientes del suelo. Además, el tratamiento mixto también mejoró significativamente las funciones microbianas, como lo evidencian los cambios dinámicos temporales en los grupos funcionales microbianos revelados en el estudio.

El estudio destacó el potencial de los cultivos de cobertura como una técnica de «mantillo vivo» para mejorar la salud del suelo. Los investigadores sugirieron que una mezcla de cultivos de cobertura de leguminosas y gramíneas es el enfoque más efectivo para los sistemas de intercalado de maíz. Este método podría ayudar a abordar los desafíos de la degradación del suelo, como la disminución de la fertilidad y la erosión, que amenazan la seguridad alimentaria.

Los hallazgos proporcionan valiosas ideas para desarrollar e implementar técnicas de intercalado de cultivos de cobertura y maíz, particularmente en regiones de suelos negros que enfrentan degradación.

Fuentes

Na, C. (2025, Enero 3). Cover crops as living mulch boost soil health and nutrient cycling, study finds. Phys.org. https://phys.org/news/2025-01-crops-mulch-boost-soil-health.html

Una planta acuática que a menudo se pasa por alto y que puede duplicar su biomasa en dos días, capturar nitrógeno del aire (lo que la convierte en un valioso fertilizante verde) y alimentar a aves y ganado podría servir como alimento que salve vidas humanas en caso de una catástrofe o desastre, sugiere un nuevo estudio dirigido por investigadores de Penn State.

Originaria del este de EE. UU., la planta Azolla caroliniana Willd, comúnmente conocida como Carolina azolla, también podría reducir la inseguridad alimentaria en un futuro cercano, según hallazgos publicados recientemente en Food Science & Nutrition . Los investigadores descubrieron que la cepa Carolina de azolla es más digerible y nutritiva para los seres humanos que las variedades de azolla que crecen en la naturaleza y también se cultivan en Asia y África para alimentar al ganado.

El estudio, dirigido por Daniel Winstead, asistente de investigación en los laboratorios de Michael Jacobson, profesor de ciencia y gestión de ecosistemas, y Francesco Di Gioia, profesor asistente de ciencia de cultivos de hortalizas, es parte de un proyecto de investigación interdisciplinario más amplio llamado Resiliencia alimentaria. Ante Eventos Catastróficos Globales realizado en la Facultad de Ciencias Agrícolas.

«Otras especies de azolla se han utilizado en todo el mundo durante varios miles de años como alimento para el ganado y como ‘abono verde’ para fertilizar cultivos debido a la capacidad de la planta para fijar nitrógeno», dijo Jacobson. «Se pensaba que el uso de azolla para consumo humano estaba limitado por su alto contenido de polifenoles totales, lo que interfiere con su digestibilidad. Pero esta investigación demuestra que el contenido fenólico de la cepa Carolina es mucho menor, y cocinar la planta lo disminuye aún más.»

Los polifenoles, que son compuestos naturalmente abundantes que se encuentran en las plantas, en concentraciones más bajas son beneficiosos para la salud humana debido a su actividad antioxidante; sin embargo, las altas concentraciones de polifenoles pueden limitar la absorción de nutrientes en el cuerpo y actuar como factores antinutricionales, explicó Jacobson. El ácido gálico es un fenol estable y se ha convertido en una medida estándar para determinar el contenido de fenol en los alimentos.

En el estudio, Carolina azolla, que se ha descrito como de textura crujiente y sabor neutro, se cultivó en un invernadero ubicado en el campus de Penn State University Park. Los investigadores determinaron que Carolina azolla tiene un contenido fenólico total de aproximadamente 4,26 gramos, equivalentes de ácido gálico por kilogramo de peso seco.

Esta medida se compara con las frutas, señaló Winstead, que generalmente están entre 1,4 y 6,2; los frijoles entre 1,2 y 6,6; y nueces, entre 0,5 y 19. En comparación, añadió, otras especies de azolla que crecen en Asia y África pesan entre 20 y 69 gramos, equivalentes de ácido gálico por kilogramo de peso seco, demasiado alto para que los humanos lo digieran cómodamente.

Los investigadores probaron tres métodos de cocción (hervir, cocción en olla a presión y fermentación natural) que, según han demostrado múltiples estudios, pueden disminuir el contenido de polifenoles en los alimentos. Las pruebas mostraron que el contenido total de fenol se redujo en un 88%, 92% y 62% con la ebullición, la cocción a presión y la fermentación natural, respectivamente, en comparación con la planta cruda.

Carolina azolla, a veces conocida como helecho mosquito, o helecho acuático, tiene un excelente potencial para su uso como cultivo de rápido crecimiento y de temporada corta que requiere insumos, mantenimiento y procesamiento mínimos, señaló Winstead, y agregó que la planta podría usarse para aumentar el suministro de alimentos.

«Nuestro estudio destaca el valor nutricional y el contenido moderado de proteínas de Carolina azolla y demuestra que los métodos de cocción reducen fácil y significativamente el contenido fenólico total», dijo. «Los moderados rendimientos proteicos y altos minerales de Azolla hacen que esta especie sea deseable para el cultivo».

La naturaleza fácil y de rápido crecimiento del cultivo de azolla lo convierte en un recurso ideal durante desastres y catástrofes, así como para uso regular en pequeñas granjas y áreas de bajos ingresos, dijeron los investigadores. Es una planta comestible silvestre multipropósito que tiene un gran potencial de beneficios económicos, agrícolas, nutricionales y de resiliencia, pero necesita mayor desarrollo, dijeron.

«Ya sea para una solución rápida en escenarios de catástrofe o para un plan de resiliencia a largo plazo, Carolina azolla tiene el potencial de proporcionar grandes cantidades de proteínas y calorías para la alimentación de personas y ganado», afirmó, destacando que la planta incluso se ha considerado se incluya en el programa espacial de Estados Unidos. «Si los sistemas de cultivo y preparación de azolla pueden hacerse más eficientes, su cultivo en interiores o exteriores después de desastres naturales podría proporcionar una producción suplementaria de nutrientes que sean resilientes al clima».

Este estudio se vincula con otras revisiones sistemáticas en curso realizadas por los mismos investigadores de Penn State que examinan cultivos alimentarios regionales, resilientes y resistentes a la sequía y una mayor agrobiodiversidad ante desastres cada vez más frecuentes y que a menudo resultan en alteraciones del sistema alimentario. Por ejemplo, un artículo publicado en Frontiers in Sustainable Food Systems analiza la gran cantidad de plantas comestibles silvestres de América del Norte que rara vez se utilizan y que alguna vez fueron utilizadas abundantemente por los nativos americanos.

«Actualmente estamos haciendo revisiones en las regiones africanas», dijo Jacobson. «Con suerte, exponer la viabilidad de las plantas menos utilizadas puede ayudar a la sociedad a estar más preparada para tener un sistema alimentario resiliente».

Referencias

Universidad Estatal de Pensilvania. (19 de Febrero de 2024). Common plant could help reduce food insecurity, researchers find. Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2024-02-common-food-insecurity.html

Una nueva investigación dirigida por la Universidad de Oxford ha descubierto que, después de todo, la RUBISCO, la enzima que alimenta toda la vida en la Tierra, no está estancada en una rutina evolutiva. El mayor análisis realizado hasta ahora sobre RUBISCO ha descubierto que mejora todo el tiempo, pero muy, muy lentamente. Estos conocimientos podrían potencialmente abrir nuevas rutas para mejorar la seguridad alimentaria.

El artículo «RUBISCO está evolucionando para mejorar la eficiencia catalítica y la asimilación de CO₂ en plantas», ha sido publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences.

La enzima más abundante en la Tierra, la RUBISCO, ha estado proporcionando la energía química que alimenta la vida en nuestro planeta durante los últimos tres mil millones de años. Aunque la RUBISCO fija miles de millones de toneladas de CO 2 cada año, la enzima es notoriamente ineficiente. Esto ha creado una paradoja biológica que ha desconcertado a los investigadores durante décadas. ¿Por qué la enzima que ha alimentado la vida durante más de 3 mil millones de años no hace mucho mejor su trabajo? Muchos científicos han debatido si la enzima está atrapada en una «rutina evolutiva», lo que hace imposible que mejore.

Pero una nueva investigación de la Universidad de Oxford ha revelado que el RUBISCO mejora continuamente, pero que esta mejora se produce a un ritmo muy lento.

El autor principal, Jacques Bouvier (estudiante de doctorado en el Departamento de Biología de la Universidad de Oxford), dijo: «Nuestra investigación demuestra por primera vez que la evolución está mejorando constantemente la RUBISCO y que es posible seguir mejorando la enzima. Es importante destacar que esta información proporciona una visión renovada». optimismo por los esfuerzos para diseñar la enzima para ayudar a alimentar al mundo».

Los investigadores analizaron secuencias del gen RUBISCO de una amplia gama de organismos fotosintéticos y cuantificaron la tasa de evolución del RUBISCO por primera vez. Descubrieron que su secuencia se ha alterado en incrementos diminutos de solo un cambio de base en el ADN cada 900.000 años, un marcado contraste con el genoma de la COVID-19, por ejemplo, que evoluciona un cambio de base cada dos semanas. Esto sitúa a RUBISCO en el 1% de los genes de evolución más lenta de la Tierra.

A pesar de este lento ritmo de cambio, los investigadores descubrieron que la enzima está aprovechando esta evolución para mejorar la fijación de CO₂. Los autores también descubrieron que esta fijación de CO₂ que mejora lentamente está dando como resultado mejoras en la fotosíntesis; Las plantas están evolucionando para mejorar su capacidad de convertir CO₂ en azúcar, pero el ritmo de mejora es tan lento que es difícil de apreciar.

Durante décadas, los científicos han aspirado a diseñar una RUBISCO mejorado para impulsar el crecimiento y el rendimiento de las plantas cultivadas. Pero a pesar de mucho esfuerzo, el éxito ha sido limitado y muchos se han preguntado si RUBISCO ya está optimizado, lo que hace que estos intentos sean inútiles. Sin embargo, las ideas de este estudio ofrecen una esperanza renovada. En particular, desentrañar el misterio de lo que está frenando el ritmo de evolución de RUBISCO puede descubrir nuevas formas de mejorar el rendimiento de los cultivos.

Jacques Bouvier añadió: «Dado que la RUBISCO asimila los azúcares que alimentan la vida en la Tierra, mejorar esta enzima es una de las vías más prometedoras para ayudar a combatir la falta de alimentos. Ha habido un acalorado debate sobre si hay posibilidades de mejorar la enzima; nuestra nueva investigación proporciona una respuesta clara a esta pregunta. Si la evolución puede mejorar RUBISCO, ¡nosotros también podemos!»

El autor principal, el profesor Steven Kelly (Departamento de Biología, Universidad de Oxford), dijo: «Hemos demostrado que el RUBISCO no está congelado en el tiempo, sino que evoluciona continuamente para mejorar. Ahora necesitamos comprender los factores que están frenando a la RUBISCO para permitirnos realizar su verdadero potencial».

Este nuevo conocimiento ofrece aliento a los esfuerzos que apuntan a aumentar el rendimiento de los cultivos alimentarios, de fibras y combustibles centrándose en la ingeniería de la RUBISCO. Mejorar la RUBISCO podría ser clave para satisfacer las necesidades alimentarias de una población mundial en crecimiento.

Referencias

University of Oxford. (7 de Marzo de 2024). Study finds world’s most prolific CO₂-fixing enzyme is slowly getting better. Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2024-03-world-prolific-enzyme-slowly.html

Cambios en la concentración de compuestos fenólicos que causan el bronceado de la piña

El bronceado interno (IB) es un problema postcosecha importante en las piñas, que afecta la calidad de la fruta y provoca pérdidas sustanciales, pero su mecanismo sigue siendo poco conocido. Los estudios han demostrado que la acumulación de compuestos fenólicos desempeña un papel clave en el desarrollo del oscurecimiento de los tejidos.

Si bien el papel de los factores de transcripción (TF) básicos hélice-bucle-hélice (bHLH) en la regulación de metabolitos secundarios como los compuestos fenólicos está bien documentado, su participación específica en el IB, particularmente a través de la biosíntesis fenólica en la senescencia de la fruta cosechada, no está clara. Además, el ácido abscísico (ABA) suprimió la IB de las piñas cosechadas, pero aún se desconoce si ese proceso implica la regulación de la TF bHLH.

En septiembre de 2023, Horticulture Research publicó una investigación titulada » El factor de transcripción AcbHLH144 regula negativamente la biosíntesis fenólica para modular el bronceado interno de la piña «.

Inicialmente, al examinar las piñas almacenadas durante nueve días, los investigadores identificaron una correlación entre los síntomas graves del IB y el aumento de los compuestos fenólicos totales (CPT), respaldada por análisis metabolómicos y transcriptómicos que resaltaron la activación de la vía de biosíntesis de fenilpropanoides.

Once genes expresados ​​diferencialmente (DEG) para las seis enzimas biosintéticas fenólicas estuvieron significativamente regulados positivamente en frutas afectadas por IB, lo que indica una mayor biosíntesis fenólica relacionada con el desarrollo del IB. El estudio investigó más a fondo la regulación de la transcripción de la biosíntesis fenólica, identificando AcbHLH144 entre varios factores de transcripción con expresión alterada en piñas almacenadas.

Curiosamente, la expresión de AcbHLH144 se correlacionó negativamente con genes biosintéticos fenólicos clave, lo que sugiere que AcbHLH144 puede regular negativamente la biosíntesis de compuestos fenólicos en la piña durante el almacenamiento.

Para validar la función reguladora de AcbHLH144, los investigadores realizaron una sobreexpresión transitoria en piñas y una sobreexpresión en Arabidopsis, demostrando que la sobreexpresión de AcbHLH144 conducía a una disminución de la acumulación fenólica, lo que respalda su papel como regulador negativo de la biosíntesis fenólica.

Además, Y1H y EMSA mostraron que AcbHLH144 se unía directamente al promotor Ac4CL5 y el ensayo indicador de luciferasa dual mostró que inactivaba la transcripción de Ac4CL5. Este mecanismo regulador estuvo además implicado en el contexto del tratamiento con ABA, que redujo la gravedad de la BI y la acumulación de compuestos fenólicos, y el tratamiento con ABA aumentó significativamente la transcripción de AcbHLH144.

Esta regulación positiva se vinculó a elementos que responden a ABA en el promotor AcbHLH144, lo que sugiere el papel de ABA en la activación de la transcripción de AcbHLH144, inhibiendo así la biosíntesis fenólica y mitigando la BI. En conjunto, estos resultados mostraron que AcbHLH144 como represor de la biosíntesis fenólica, podría ser activado por ABA.

En general, el estudio presenta una investigación detallada sobre los mecanismos subyacentes al BI de la piña, destacando el papel crucial de AcbHLH144 en la regulación de la biosíntesis de compuestos fenólicos y el potencial de ABA para controlar el BI mediante la activación de AcbHLH144.

Estos hallazgos contribuyen significativamente a una mejor comprensión de la fisiología del bronceado de la fruta y sugieren enfoques novedosos para el manejo del BI postcosecha en piñas.

Referencias

NanJing Agricultural University. (26 de Febrero de 2024). Unlocking the mechanism of pineapple internal browning. Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2024-02-mechanism-pineapple-internal-browning.html

Fuente de la imagen: Fotografía de Harri Kokko

Investigadores del Departamento de Física Técnica y del Departamento de Ciencias Ambientales y Biológicas de la Universidad del Este de Finlandia han utilizado imágenes por resonancia magnética (MRI) para investigar cómo el patógeno Phytophthora cactorum afecta el crecimiento y desarrollo de las plantas de fresa. Este patógeno provoca la pudrición de la corona de las fresas y puede provocar pérdidas importantes en los cultivos hortícolas.

Los investigadores utilizaron resonancia magnética para investigar las diferencias entre plantas sanas e infectadas durante un período de tres semanas y descubrieron que las plantas infectadas difieren significativamente de las sanas. El estudio encontró que las plantas infectadas tenían cavidades superiores dentro de sus coronas en comparación con las sanas.

Estas diferencias se observaron como cambios tanto espaciales como temporales, lo que permitió visualizar la progresión de la infección. Los datos de resonancia magnética también se confirmaron con la estructura anatómica de las plantas mediante la disección de sus copas al final del experimento. En las plantas infectadas, la presencia del patógeno en la corona era fácilmente visible incluso a simple vista.

La resonancia magnética se utiliza habitualmente en el ámbito hospitalario; sin embargo, aplicarlo a materiales de muestra relativamente poco convencionales, como plantas, abre nuevas posibilidades. La resonancia magnética es un método especialmente sensible para detectar agua, por lo que los investigadores esperaban que fuera adecuada para investigar daños internos en las plantas. Con la resonancia magnética, es posible obtener datos sobre, por ejemplo, la distribución y cantidad de agua dentro de una muestra.

El estudio empleó varios métodos cuantitativos de imágenes por resonancia magnética para investigar los cambios inducidos por infecciones en las coronas de fresa. Estos valores cuantitativos dan una indicación indirecta de la integridad de las estructuras celulares de las plantas, lo que permite comparar plantas infectadas y sanas sin dañarlas. Esto permite el seguimiento y la evaluación a largo plazo de la progresión de la enfermedad.

El estudio sugiere que la resonancia magnética podría usarse para monitorear la salud y el desarrollo de las plantas, para investigar la progresión de enfermedades de las plantas y otras investigaciones relacionadas. La resonancia magnética también podría ayudar a comprender los mecanismos de interacción entre plantas y patógenos y a desarrollar nuevas estrategias para prevenir y combatir enfermedades de las plantas.

Referencias

University of Eastern Finland. (4 de Marzo de 2024). University of Eastern Finland. Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2024-03-mri-crown-infection-strawberries.html

Las leguminosas tienen la capacidad de interactuar con las bacterias fijadoras de nitrógeno del suelo, conocidas como rizobacterias. Las legumbres y los rizobacterias entablan relaciones simbióticas ante la falta de nitrógeno, lo que permite que la planta prospere sin la necesidad de un suministro externo de este nutriente.

Se forman nódulos simbióticos en la raíz de la planta, que son colonizados por bacterias fijadoras de nitrógeno . El receptor de superficie celular SYMRK (quinasa similar al receptor de simbiosis) es responsable de mediar la señal simbiótica desde la percepción de los rizobacterias hasta la formación del nódulo. El mecanismo de activación del receptor era desconocido.

En este estudio, que aparece en Proceedings of the National Academy of Sciences, los investigadores identificaron cuatro sitios de fosforilación esenciales que actúan como catalizadores de la relación simbiótica entre las plantas leguminosas y las bacterias fijadoras de nitrógeno. Los pasos iniciales de la vía simbiótica en la superficie celular están bien caracterizados; sin embargo, la comprensión de cómo se transmite la señal aguas abajo ha eludido el campo de investigación durante años.

El descubrimiento de estos sitios de fosforilación esenciales es un paso importante hacia la traducción de la capacidad de formar relaciones simbióticas con bacterias fijadoras de nitrógeno en plantas de cultivo.

«Sabíamos que el receptor y su actividad es esencial para el establecimiento de la simbiosis, pero no sabíamos cómo ni por qué. La fosforilación es un mecanismo común para regular la actividad de la quinasa, por lo que teorizamos que la función SYMRK estaba ligada a fosforilaciones específicas». Nikolaj Abel lo explica.

A través de colaboraciones con el laboratorio de Ole Nørregaard Jensen en la Universidad del Sur de Dinamarca, se identificaron varios sitios de fosforilación en distintas regiones de la quinasa SYMRK. Los investigadores pudieron reducir los sitios esenciales agotando o imitando las fosforilaciones in vivo. Específicamente, cuatro sitios en la región N-terminal de SYMRK dieron fenotipos fuertes cuando mutaron.

«Exploramos el impacto de las mutaciones específicas de un sitio creando variantes de receptores y reintroduciéndolas en plantas que carecen del receptor SYMRK funcional. La observación de la nodulación espontánea sin rizobacterias o la ausencia de nodulación a pesar de su presencia indica que nos hemos centrado en un elemento crucial para la vía simbiótica», dice Abel.

Para comprender dónde estaban situados los sitios de fosforilación identificados en la quinasa SYMRK, los investigadores determinaron la estructura del dominio intracelular de SYMRK.

«Necesitábamos poder mapear los sitios de fosforilación en un modelo estructural de la quinasa SYMRK para comprender realmente cómo estos sitios de fosforilación permiten la señalización aguas abajo. Identificamos un motivo estructuralmente conservado en la región alfa-helicoidal N-terminal que denominamos ‘el motivo alfa-I. Esta región contiene los cuatro sitios de fosforilación conservados», explica Malita Nørgaard.

El objetivo es permitir la simbiosis de los nódulos de raíces en cultivos importantes

El objetivo a largo plazo es permitir la simbiosis de los nódulos de raíces en cultivos importantes como la cebada, el maíz y el arroz. Estos cultivos requieren grandes cantidades de fertilizantes nitrogenados para crecer, lo que genera enormes huellas de CO₂ y hace que los pequeños agricultores no puedan producir rendimientos estables.

Con la identificación exitosa de los sitios de fosforilación cruciales para iniciar el programa de nodulación en plantas leguminosas, los investigadores creen que este nuevo conocimiento tiene implicaciones prometedoras para traducir los rasgos de fijación de nitrógeno en otros cultivos diferentes a leguminosas.

Referencias
Aarhus University. (12 de Febrero de 2024). Researchers uncover a key link in legume plant-bacteria symbiosis. Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2024-02-uncover-key-link-legume-bacteria.html

Parte 48

MACROFAUNA DEL SUELO – Artrópodos Insectos

ESCARABAJOS TIGRE  

REINO: Animal FILO: Arthropoda CLASE: Insecta ORDEN: Coleóptera FAMILIA: Carabidae SUBFAMILIA: Cicindelinae

TAMAÑO: 6.0 – 40.0 mm (0.24–1.57″)

IMPORTANCIA ECOLÓGICA: Los escarabajos tigre son depredadores; los adultos cazan activamente en la superficie del suelo, mientras que las larvas esperan dentro de una madriguera para atrapar a sus presas. Estos escarabajos también son excavadores, y sus larvas excavan madrigueras en el suelo de hasta 45 cm de profundidad.

DESCRIPCIÓN: Las larvas del escarabajo tigre anclan sus cuerpos dentro de sus madrigueras verticales, ocultando sus grandes mandíbulas debajo de sus cabezas planas mientras esperan que la presa se acerque. Los escarabajos tigre adultos pueden ser de color café grisáceo, bronce metálico o azul o verde iridiscente, a veces con marcas blancas en las cubiertas de sus alas. Tienen ojos grandes, a menudo tienen pelos en la cara y patas largas y delgadas.

DÓNDE SE ENCUENTRAN: Los escarabajos tigre prefieren terrenos abiertos, como arcenes y senderos forestales, así como áreas arenosas como orillas de lagos o arroyos y dunas. Los escarabajos tigre adultos se mueven extremadamente rápido y cazan y persiguen a sus presas en la superficie del suelo. Las larvas de escarabajo tigre generalmente cazan desde madrigueras cilíndricas. La mayoría de los escarabajos tigre cazan durante el día, aunque algunos están activos al anochecer o son nocturnos.

DE QUE SE ALIMENTAN: Las larvas y los adultos comen artrópodos que se encuentran en la superficie del suelo.

CICLO DE VIDA: Las hembras de escarabajo tigre excavan madrigueras de 10 a 15 cm de profundidad en suelo húmedo y bien drenado, en las que ponen huevos en forma individual. Las larvas expanden la madriguera a medida que crecen y pueden tardar de dos a tres años en alcanzar la edad adulta. Estos escarabajos pasan el invierno como larvas en el suelo o como adultos en matas de pasto.

NÚMERO APROXIMADO DE ESPECIES CONOCIDAS: 1 300 en todo el mundo (120 en América del Norte).

ABUNDANCIA RELATIVA: Datos no disponibles.

NOTAS DE INTERÉS:

• Tres especies de escarabajo tigre están en peligro de extinción (p. ej., el escarabajo tigre de Salt Creek, Cicindela nevadica lincolniana) y dos están amenazadas.

• Los adultos y las larvas tienen una vista excelente.

• Se encuentran entre los insectos más rápidos (se ha registrado una velocidad de 9 km/h) y emprenden el vuelo después de correr rápidamente.

• Las larvas del escarabajo tigre utilizan ganchos en su abdomen para anclarse dentro de sus madrigueras.

ESCARABAJOS ABIGARRADOS AMANTES DEL LODO

REINO: Animal FILO: Arthropoda CLASE: Insecta ORDEN: Coleóptera FAMILIA: Heteroceridae

TAMAÑO: 1.0 – 8.0 mm (0.04–0.3″)

IMPORTANCIA ECOLÓGICA: Los escarabajos abigarrados amantes del lodo mueven y mezclan el suelo, excavando madrigueras tortuosas. También pueden contribuir a la descomposición de las plantas.

DESCRIPCIÓN: Cuando son adultos, estos pequeños escarabajos tienen cuerpos aplanados de color negro o café con bandas o manchas de color amarillo mostaza. Tienen patas con picos que utilizan para excavar la tierra, así como mandíbulas poderosas y antenas cortas y en forma de maza.

DÓNDE SE ENCUENTRAN: Los adultos y las larvas cavan madrigueras en el suelo fangoso de las orillas de los arroyos o cerca de los estanques. Los adultos son activos durante la noche, pero también volarán desde sus madrigueras si se producen inundaciones.

DE QUE SE ALIMENTAN: Estos escarabajos consumen materia vegetal, algas, plancton y restos orgánicos.

CICLO DE VIDA: Los escarabajos abigarrados amantes del lodo ponen pequeñas masas de huevos en una cámara en el suelo. La pupación también ocurre en el suelo.

NÚMERO APROXIMADO DE ESPECIES CONOCIDAS: 500 en todo el mundo (40 en América del Norte).

ABUNDANCIA RELATIVA: Estos escarabajos pueden ser muy abundantes en las orillas de los estanques o riberas de los arroyos.

NOTAS DE INTERÉS:

• Estos escarabajos están recubiertos de densos pelos que repelen el agua y el lodo, lo que les permite evitar quedarse atrapados en el barro.

• Los escarabajos abigarrados amantes del lodo son presas importantes para pájaros y ranas.

• Es muy difícil distinguir las especies de estos escarabajos utilizando características externas, y la anatomía de los genitales masculinos generalmente se utiliza para separar las especies (sigue siendo casi imposible identificar la especie de las hembras).

Referencias: Hopwood Jennifer, Frischie Stephanie, May Emily and Lee-Mäder Eric. Farming with Soil Life. Farming with Soil life. A Handbook for Supporting Soil Invertebrates and Soil Health on Farms. The Xerces Society for Invertebrate Conservation. 2021.

Parte 47

MACROFAUNA DEL SUELO – Artrópodos Insectos

ESCARABAJOS DE TIERRA (Carábidos)

REINO: Animal FILO: Arthropoda CLASE: Insecta ORDEN: Coleóptera FAMILIA: Carabidae

TAMAÑO: 3.0 – 30.0 mm (0.12–1.2″)

IMPORTANCIA ECOLÓGICA: Los escarabajos de tierra encajan de varias maneras en las redes alimentarias del suelo. Como larvas y adultos son depredadores, y en los sistemas agrícolas son contribuyentes importantes en el control de plagas de los cultivos. Algunas especies también comen detritos, hongos y semillas de plantas.

DESCRIPCIÓN: Las larvas de los escarabajos de tierra varían del color crema al café y tienen una cabeza redonda, mandíbulas en forma de gancho, patas largas y proyecciones posteriores espinosas. En cuanto al tamaño, los adultos varían desde pequeños hasta grandes y tienen antenas filiformes; ojos prominentes; una cabeza más estrecha que su tórax; un abdomen ovalado y extendido; y cubiertas estriadas en las alas. La coloración de los adultos es oscura y brillante, generalmente negra o café, y algunas especies tienen iridiscencia verde, azul o púrpura. En las granjas, los escarabajos de tierra se alimentan de plagas de cultivos y consumen semillas de malezas.

DÓNDE SE ENCUENTRAN: Los escarabajos de tierra se pueden encontrar debajo de desechos, piedras y troncos; en grietas del suelo y hojarasca; y en la superficie del suelo o la vegetación. Las larvas viven con mayor frecuencia en el suelo, madrigueras y hojarasca, o en la superficie.

DE QUE SE ALIMENTAN: Las larvas y los adultos comen insectos, incluidas orugas, saltamontes, escarabajos, pulgones y moscas, así como caracoles y babosas. La mayoría de los escarabajos terrestres se alimentan durante la noche, aunque algunas especies están activas durante el día. Los adultos tienden a alimentarse en la superficie del suelo o en la vegetación. Las larvas depredadoras generalmente se alimentan debajo de la superficie del suelo de gusanos de la raíz, orugas y otros insectos de cuerpo blando. Las larvas y los adultos de algunas especies de escarabajos terrestres son omnívoros y también comen carroña u hongos, mientras que otros se alimentan principalmente de semillas de diversas malezas comunes.

CICLO DE VIDA: Estos escarabajos ponen huevos individuales o en pequeños grupos en grietas o, con mayor frecuencia, en el suelo; las hembras de algunas especies pueden cuidar de sus crías. Producen una generación al año y los adultos viven hasta cuatro años.

NÚMERO APROXIMADO DE ESPECIES CONOCIDAS: 34 000 en todo el mundo (2500 en América del Norte).

ABUNDANCIA RELATIVA: Datos no disponibles.

NOTAS DE INTERÉS:

• Los escarabajos de tierra capturan a sus presas con sus mandíbulas y luego las cubren con jugos digestivos antes de ingerirlas finalmente.

• Las comunidades de escarabajos de tierra pueden estar asociadas con comunidades de plantas.

• Los bancos de escarabajos (montículos de tierra dentro de campos plantados con pastos en matas) pueden proporcionar un hábitat importante para la hibernación de los escarabajos de tierra. Evite la labranza excesiva o la quema de residuos de cultivos, ya que estas prácticas pueden afectar varias etapas de vida de estos escarabajos y reducir rápidamente las poblaciones. Los depredadores de semillas de malezas se encuentran con mayor frecuencia en campos con residuos superficiales que en campos con suelos desnudos y campos barbechados.

• Un estudio británico clásico que comparó campos tratados y no tratados con insecticidas descubrió que los campos de repollo tratados con insecticidas tenían un mayor daño a los cultivos por parte de los gusanos de la raíz (moscas de la familia Anthomyiidae) porque habían muerto más de 30 especies de escarabajos de tierra depredadores.

• Tanto las larvas como los adultos de los escarabajos de tierra pueden comer hasta 2.5 veces su peso corporal en presas por día. El consumo diario promedio de alimento es de 0.875 gramos para un peso corporal de 0.640 gramos. Se sabe que las larvas matan más presas de las que pueden comer.

Referencias: Hopwood Jennifer, Frischie Stephanie, May Emily and Lee-Mäder Eric. Farming with Soil Life. Farming with Soil life. A Handbook for Supporting Soil Invertebrates and Soil Health on Farms. The Xerces Society for Invertebrate Conservation. 2021.