El cambio climático está afectando negativamente los rendimientos agrícolas, lo que provoca una amenaza potencial para el suministro mundial de alimentos. Para enfrentar ese desafío, se necesita desarrollar cultivos más resistentes, capaces de soportar sequías y altos niveles de salinidad en el suelo. Un reciente estudio de la Facultad de Medicina Keck, de la Universidad del Sur de California (USC), financiado por los Institutos Nacionales de Salud, proporciona información crucial sobre cómo las plantas regulan sus respuestas al estrés.
Steve A. Kay, autor principal del estudio y rector de Neurología en la Facultad de Medicina Keck, afirmó: “Las plantas han evolucionado para usar sus relojes circadianos para medir y adaptarse exquisitamente a su entorno”.
Uno de los hallazgos más destacados del estudio es la identificación de un elegante circuito de retroalimentación controlado por una proteína conocida como ABF3. Este circuito ayuda a las plantas a adaptarse a condiciones extremas, como la sequía. La proteína ABF3 juega un rol crucial en la regulación del ácido abscísico, una hormona del estrés que las plantas producen cuando los niveles de agua son muy altos o muy bajos. “Los niveles de ácido abscísico están controlados tanto por las proteínas del reloj circadiano como por ABF3″, explicaron los investigadores.
El estudio también ha destapado un proceso similar para manejar los cambios en los niveles de salinidad del suelo. Esto sugiere que los mecanismos de adaptación al estrés hídrico y salino en las plantas podrían estar interconectados. Los datos genéticos indican que las proteínas de reloj regulan ABF3 a lo largo del día para ayudar a las plantas a responder a los cambios en los niveles de agua, y ABF3 devuelve información a las proteínas de reloj para mantener bajo control la respuesta al estrés. Este circuito de retroalimentación es esencial para la adaptación de las plantas a condiciones extremas.
La investigación se centró en las respuestas de las plantas bajo condiciones de estrés hídrico y salino. Kay y su equipo estudiaron Arabidopsis thaliana, una planta común en la investigación científica por su ciclo de vida rápido y genoma simple. Crearon una biblioteca de más de dos mil factores de transcripción de Arabidopsis para analizar cómo las plantas manejan estos cambios ambientales. Descubrieron que la hormona de estrés ácido abscísico, regulada por proteínas de reloj y el factor de transcripción ABF3, facilita que las plantas respondan a las variaciones en los niveles de agua.
“Nos llevamos una gran sorpresa: muchos de los genes que regulaba el reloj estaban asociados con respuestas a la sequía”, dijo Kay. La investigación mostró que ese circuito de retroalimentación permite a las plantas gestionar el estrés externo mientras mantienen su crecimiento y desarrollo, proporcionando una solución potencial a la ingeniería de cultivos que puedan soportar condiciones climáticas cambiantes.
La ingeniería genética podría ofrecer una solución adicional. Según el equipo de Kay, la edición de genes mediante CRISPR podría diseñar cultivos que produzcan ABF3 y otros factores de resistencia al estrés. “Esto podría ser un avance significativo en el pensamiento sobre cómo modular las plantas de cultivo para que sean más resistentes a la sequía”, afirmó Kay. Este enfoque abre nuevas vías para adaptar los cultivos a los desafíos climáticos, asegurando así la estabilidad del suministro de alimentos.
Además de Steve A. Kay, otros investigadores del estudio son Tong Liang, Shi Yu, Yuanzhong Pan y Jiarui Wang, todos del Departamento de Neurología de la Facultad de Medicina Keck.
Los hallazgos se basan en una larga línea de investigación sobre el papel de las proteínas del reloj circadiano tanto en plantas como en animales. Estas proteínas, que regulan los cambios biológicos a lo largo del día, pueden proporcionar una solución inteligente a uno de los mayores desafíos actuales en la ingeniería de cultivos. “El potencial para mejorar la resiliencia de los cultivos mediante la manipulación de los relojes circadianos es enorme”, destacaron los investigadores.
El proceso de análisis de datos para estudiar cada factor de transcripción implicó buscar asociaciones entre los genes regulados por el reloj circadiano y las respuestas a la sequía. Este meticuloso análisis reveló la conexión clave entre ABF3 y la regulación de la respuesta al estrés en las plantas. “Nuestro enfoque ha permitido identificar los mecanismos subyacentes que las plantas utilizan para adaptarse a condiciones difíciles”, concluyeron.
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