El estudio, realizado por la Facultad de Medicina Keck de la Universidad del Sur de California (USC), fue publicado el lunes en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (Pnas).
El cambio climático está afectando el desempeño agrícola y podría amenazar el suministro mundial de alimentos en el futuro. Por eso se ha vuelto urgente diseñar cultivos que sean más resistentes a la sequía o a la salinidad del suelo.
Los investigadores han descubierto que las plantas utilizan su reloj circadiano para responder a los cambios externos de agua y sal a lo largo del día, y que este mismo circuito -controlado por una proteína conocida como ABF3- también ayuda a las plantas a adaptarse a condiciones extremas como la sequía.
«Las plantas están atrapadas en un solo lugar. No pueden correr ni beber agua. No pueden moverse hacia la sombra cuando lo desean o alejarse de suelos excesivamente salados. Por eso «han evolucionado para usar su reloj circadiano para medir y adaptarse perfectamente». a su entorno», explicó el autor principal del estudio, Steve A. Kay, profesor de neurología, ingeniería biomédica y biología computacional cuantitativa en la Facultad de Medicina Keck.
La investigación examinó el papel de las proteínas del reloj circadiano en plantas y animales que regulan los cambios biológicos durante el día y podría proporcionar una solución inteligente para la ingeniería agrícola.
Cultivar plantas tolerantes a la sequía es difícil porque las plantas responden al estrés desacelerando su propio crecimiento, lo que resulta en bajos rendimientos.
Estudios anteriores han demostrado que las proteínas de reloj regulan alrededor del 90% de los genes de las plantas y son esenciales para sus respuestas a la temperatura, la intensidad de la luz y la duración del día, incluidos los cambios estacionales que determinan el momento de su floración.
Pero, ¿hasta qué punto las proteínas del reloj controlan cómo las plantas afrontan los cambios en los niveles de agua y la salinidad del suelo? Para analizarlo, Kay y su equipo estudiaron Arabidopsis, una planta muy utilizada en investigación porque es pequeña, tiene un ciclo de vida rápido, un genoma relativamente simple y comparte rasgos y genes con muchos cultivos agrícolas.
Los científicos crearon una biblioteca de más de 2.000 factores de transcripción de Arabidopsis (las proteínas que controlan la expresión genética en diferentes circunstancias) y luego buscaron asociaciones.
«Tuvimos una gran sorpresa: muchos de los genes regulados por el reloj estaban relacionados con respuestas a la sequía», dijo Kay, y agregó que son «particularmente aquellos que controlan la hormona ácido abscísico, un tipo de hormona del estrés que las plantas producen cuando los niveles son altos». alto.» los niveles de agua son demasiado altos o demasiado bajos».
El análisis reveló que los niveles de ácido abscísico están controlados por proteínas de reloj, así como por el factor de transcripción ABF3, en lo que Kay llama un «bucle de retroalimentación homeostático».
Durante el día, las proteínas de reloj regulan ABF3 para ayudar a las plantas a responder a los cambios en los niveles de agua, luego ABF3 envía información a las proteínas de reloj para controlar la respuesta al estrés, un ciclo que ayuda a las plantas a adaptarse cuando las condiciones se vuelven extremas, como un sequía. .
Los datos genéticos también revelaron un proceso similar para manejar los cambios en los niveles de salinidad del suelo.
«Lo realmente especial de este circuito es que permite a la planta responder al estrés externo, controlando su respuesta al estrés, para que pueda seguir creciendo y desarrollándose», explicó Kay.
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