El modelo metabólico integral de los científicos de Nebraska tiene como objetivo comprender los efectos del estrés térmico en el maíz y explorar cómo un hongo específico podría mitigar el problema.
Un equipo de científicos de la Universidad de Nebraska dijo en un comunicado de prensa que han desarrollado el modelo metabólico del maíz más completo hasta la fecha. Este modelo permite explorar cómo el estrés térmico afecta a la planta e investiga el papel de un hongo específico en la mitigación de estos efectos.
Esta iniciativa se basa en esfuerzos anteriores en los que el equipo construyó un modelo metabólico centrado en las raíces del maíz para examinar cómo la planta gestiona el nitrógeno bajo estrés. Rajib Saha, profesor asociado de ingeniería química y biomolecular Richard L. y Carol S. McNeel e investigador principal del proyecto, junto con su equipo, han ampliado su modelo para incluir toda la planta. Esta expansión facilita una investigación más profunda de los complejos procesos metabólicos, sus fundamentos genéticos y los diversos factores estresantes que podrían obstaculizar el rendimiento de los cultivos.
El modelo se centra en el híbrido de maíz B73, una cepa desarrollada a principios de la década de 1970 en la Universidad Estatal de Iowa, reconocida por sus cualidades genéticas que son fundamentales en la producción de alimentos, piensos y diversos productos industriales. Este híbrido y su progenie constituyen una parte importante de la base genética de la mayoría del maíz híbrido cultivado a nivel mundial.
La creación por parte del equipo de Nebraska de un modelo metabólico multiorgánico para el maíz, sin precedentes en su alcance, mejora la eficiencia y la velocidad de la investigación más allá de lo que es posible con los estudios de campo tradicionales. Según Niaz Bahar Chowdhury, candidato a doctorado que colabora con Saha, este modelo también ayuda a los investigadores de campo a acelerar y perfeccionar su trabajo experimental.
El cambio climático está a punto de reducir los rendimientos del maíz entre un 7% y un 18% debido al estrés térmico.
“Existe una necesidad apremiante de desarrollar genotipos de maíz de alto rendimiento capaces de resistir el estrés térmico”, dijo Saha en el comunicado.
La investigación adopta un enfoque integral para comprender el metabolismo de las plantas y su adaptación para combatir el estrés térmico. Identifica cómo dicho estrés puede impedir diversos procesos fisiológicos, incluida la fotosíntesis, la síntesis de carbohidratos y almidón, y la biosíntesis de aminoácidos y lignina. Además, las fluctuaciones de temperatura pueden dañar las enzimas y los tejidos, interrumpir la floración y provocar estrés oxidativo durante la fase reproductiva.
El equipo de Saha introdujo datos sobre calor y frío extremos en su modelo, revelando cuellos de botella metabólicos que obstaculizan el crecimiento, siendo el calor un desafío particularmente severo. Dada la continuación prevista del cambio climático, el equipo dijo que sus hallazgos subrayan la necesidad crítica de estrategias para preservar el crecimiento de los cultivos en condiciones adversas.
Una estrategia implica la ingeniería genética para crear híbridos menos susceptibles al estrés térmico, un método que, aunque eficaz, requiere mucho tiempo. Alternativamente, los investigadores exploraron el uso de Rhizophagus irregularis , un hongo beneficioso conocido por su papel como inoculante del suelo, y descubrieron su eficacia para superar los cuellos de botella metabólicos tanto en condiciones de frío como de calor. Este tratamiento con hongos no solo mejoró la biomasa vegetal en general; También impulsó las tasas de crecimiento en órganos vegetales específicos. Los estudios futuros aprovecharán este modelo metabólico para examinar los efectos de R. irregularis en el metabolismo de las plantas bajo diferentes niveles de nitrógeno.
Chowdhury y Saha indicaron que su modelo será accesible para otros investigadores interesados en explorar diferentes factores de estrés en el maíz.
El estudio, que recibió el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias y el Departamento de Energía, se detalló en un artículo publicado en iScience . Entre los contribuyentes a la investigación se incluyen expertos de las universidades del estado de Iowa y del estado de Pensilvania, así como de la Universidad Paris-Saclay, el INRAE, AgroParisTech, el Institut y Centre de Versailles-Grignon y el Institut National de Recherche pour l’Agriculture en Francia.