La salinización provoca pérdidas de cosechas en todo el mundo, lo que provoca la muerte de las plantas o un retraso en su crecimiento, según una investigación de Wageningen and Research . Científicos de Wageningen University & Research (WUR) han identificado una proteína reguladora local que promueve el crecimiento de las raíces en suelos salinos, lo que permite que las plantas prosperen en circunstancias tan difíciles. Publicados en la prestigiosa revista científica The Plant Cell, estos hallazgos sirven como base fundamental para las investigaciones en curso destinadas a cultivar variedades de cultivos más resistentes.
Aproximadamente el 25% de las tierras agrícolas irrigadas se ven afectadas por la salinización, que se intensifica aún más con el aumento del nivel del mar, la intensificación de las sequías y el aumento de las temperaturas. Según la profesora Christa Testerink, experta en fisiología vegetal, el suelo salino afecta negativamente a la formación de raíces laterales, cruciales para la absorción de agua y nutrientes en las plantas. “La hormona que regula el crecimiento de las raíces laterales se llama auxina. La sal dificulta la capacidad de la planta para reconocer las señales que emite esta hormona, lo que hace que el desarrollo de las raíces laterales sea deficiente. Y un menor número de raíces laterales significa que la salud general de la planta se ve afectada”.
Cambio entre hormonas y crecimiento de raíces laterales
¿Cómo es posible que algunas especies vegetales se vean menos afectadas por el estrés salino que otras? Para responder a esta pregunta, los investigadores analizaron el mecanismo molecular que impulsa el desarrollo de las raíces en la planta modelo Arabidopsis, conocida comúnmente como berro de thale.
“Investigaciones anteriores ya habían revelado que la proteína LBD16 actúa como un interruptor entre la hormona vegetal auxina y el desarrollo de las raíces laterales. LBD16 activa los genes responsables del desarrollo de las raíces laterales”, afirma Testerink. “En un suelo salino, se esperaría que el funcionamiento de la auxina se viera afectado, pero también se esperaría que los niveles de la proteína LBD16 disminuyeran”.
Se descubrió una ruta alternativa
Sorprendentemente, la investigación demostró que el funcionamiento de la auxina se redujo drásticamente en el berro de Thale en un entorno salino, mientras que los niveles de LBD16 aumentaron. Testerink dijo que esto sugiere una ruta alternativa para la proteína, lo que permite que la planta aún produzca, aunque menos, raíces laterales en condiciones salinas.
“Logramos encontrar esta ruta al descubrir otro activador, la proteína ZAT6, que asume el papel de regulador de la auxina. Este descubrimiento proporciona una base fundamental para futuros estudios sobre redes moleculares locales similares en las raíces laterales que ayudan a las plantas a funcionar en situaciones de estrés, no solo en condiciones salinas, sino también en épocas de sequía o calor. Esto podría ayudar a los fitomejoradores a alterar el crecimiento de las raíces de las plantas para crear variedades más resistentes”.
Ayuda del aprendizaje automático
Los investigadores utilizaron el aprendizaje automático en su búsqueda del activador LBD16.
Aalt-Jan van Dijk, investigador del grupo de Bioinformática, explica cómo contribuyó este método computacional.
“Hay decenas de miles de posibles candidatos que podrían regular el LBD16 en una planta. Es como buscar una aguja en un pajar. Las predicciones permiten una búsqueda más específica”. Dijo que alimentaron un modelo de aprendizaje automático con datos de factores de transcripción de experimentos. Luego, el modelo utilizó patrones para predecir si un factor de transcripción en particular regula a otro o no. Esto reduce la lista de posibles candidatos. La realización de pruebas experimentales nos permitió identificar a ZAT6 como el nuevo regulador del LBD16.
Desarrollo adicional en CropXR
Van Dijk menciona que la integración de datos experimentales con el aprendizaje automático representa un enfoque novedoso en el ámbito de la investigación vegetal. Esta metodología se explorará e implementará más a fondo en el proyecto de investigación CropXR en curso.
“En CropXR, en la próxima década trabajaremos en colaboración con las universidades de Utrecht, Delft y Ámsterdam (UvA) para desarrollar conocimientos y métodos fundamentales que permitan desarrollar cultivos más resistentes”, afirma van Dijk. “Entre otros métodos, utilizaremos el aprendizaje automático combinado con modelos mecanísticos, que contienen conocimientos sobre los procesos fisiológicos y celulares subyacentes y la relación causa-efecto. Las predicciones realizadas por estos modelos se pueden comprobar después con experimentos específicos”.
Sequía y aumento de temperaturas
Según Testerink, CropXR desvía su atención de la salinización hacia otros desafíos relacionados con el cambio climático, como el calor y la sequía. Explica que un próximo artículo, actualmente en etapa de preimpresión, profundiza en la investigación del crecimiento de las raíces en plantas que enfrentan temperaturas cálidas y déficit de agua. Este estudio ha revelado varios factores moleculares en juego. Sin embargo, es necesaria una investigación más exhaustiva para predecir con precisión las respuestas de las plantas a esta combinación de factores estresantes.
“Durante los primeros cinco años del proyecto CropXR nos centraremos en Arabidopsis”, afirmó Testerink. “Durante los próximos cinco años, aplicaremos los conocimientos adquiridos a los cultivos alimentarios. Esperamos que esto nos permita desarrollar soluciones viables en colaboración con socios en el campo”.