Una colaboración científica internacional ha descubierto como un solo gen controla una nanoestructura en la superficie de las hojas de ciertos cultivos, otorgando tolerancia a sequía e inundaciones. Este avance aporta información esencial para el desarrollo de cultivos climáticamente inteligentes que toleren mejor el estrés ambiental.
Una colaboración internacional entre investigadores de la Universidad de Copenhague (Dinamarca), la Universidad de Nagoya (Japón) y la Universidad de Australia Occidental ha resultado en un gran avance en biología vegetal. Desde 2014, los investigadores han trabajado en la identificación de antecedentes genéticos para la tolerancia mejorada a inundaciones observada en el arroz, el trigo y varias plantas de humedales naturales. En New Phytologist, los investigadores describen el descubrimiento de un solo gen que controla las propiedades de la superficie del arroz, haciendo que las hojas sean super-hidrófobas (repelen el agua).
Un gen llamado LGF1 controla la nanoestructura de las superficies de las hojas. Durante los eventos de inundación, el gen permite la supervivencia del arroz sumergido ya que las nanoestructuras de cera retienen una fina película de gas en la hoja (Leaf Gas Film), de ahí el nombre del gen, LGF1. Las películas de gas facilitan el intercambio de gases con el agua de la inundación, de modo que el dióxido de carbono se puede absorber durante el día para alimentar la fotosíntesis submarina, y se puede extraer oxígeno por la noche.
El gen LGF1 también confiere tolerancia a la sequía, ya que los pequeños cristales de cera reducen la evaporación de las superficies de las hojas, conservando el agua del tejido.
Las superficies superhidrofóbicas retienen una delgada película de gas bajo el agua, lo que permite que los estomas funcionen también durante la inmersión. Los estomas regulan la absorción de CO2 (dióxido de carbono) para la fotosíntesis durante el día, pero también la absorción de O2 (oxígeno) durante la oscuridad, lo que permite la respiración aeróbica. Sin la capa protectora de gas, la inundación bloquea los estomas y el intercambio de gases con el ambiente queda muy restringido, en otras palabras, las plantas prácticamente se estarían ahogando.
«Hemos utilizado microelectrodos avanzados tanto en experimentos de laboratorio controlados como en situaciones de campo para revelar los beneficios de las películas de gas foliar durante la inmersión», dice el profesor Ole Pedersen, del Departamento de Biología de la Universidad de Copenhague.
Los efectos a largo plazo siguen siendo un rompecabezas
«Hemos evaluado la importancia de las películas de gas foliar durante la inmersión del arroz, y en algunas situaciones, el arroz crece igualmente bien arriba y debajo del agua, solo porque el arroz posee el gen LGF1», continúa Ole Pedersen.
Las implicaciones de estos hallazgos son enormes. En todo el mundo, el cambio climático ya ha provocado un aumento en el número de inundaciones, y para mantener el suministro de alimentos en un futuro más húmedo, el mundo necesita cultivos climáticamente inteligentes que toleren mejor las inundaciones.
«Sin embargo, las propiedades superhidrofóbicas de las hojas codificadas por el gen LGF1 se pierden después de algunos días de sumersión, las plantas comienzan a ahogarse al mojarse las hojas. Por lo tanto, nuestra investigación se centra ahora en la sobreexpresión del gen LGF1. La sobreexpresión debe cubrir las hojas con más cristales de cera y de esta manera preparar a las plantas para un evento de inundación. El hecho de que todo esté controlado por un solo gen hace que el objetivo sea mucho más realista», concluye el profesor Ole Pedersen.