Las altas temperaturas causan problemas a las plantas, debilitando su sistema inmunitario y haciéndolas más vulnerables a las infecciones y plagas. La edición de genes podría ser una solución para reforzar sus defensas en un clima cambiante.
Reforzar las defensas inmunitarias de las plantas, mediante estrategias modernas de ingeniería genética, podría proteger los cultivos frente al aumento de las temperaturas provocado por el cambio climático.
Technology Review / 14 de julio, 2022.- Algunas de las regiones agrícolas más productivas del mundo, desde la India hasta el Medio Oeste de Estados Unidos, ya han batido récords de temperatura este año, con consecuencias potencialmente preocupantes para el suministro de alimentos.
Los días y las noches calurosas pueden empeorar las condiciones de sequía, y no es la única forma en que el aumento de las temperaturas puede perjudicar a los cultivos. En condiciones extremas, la maquinaria molecular del interior de las plantas puede llegar a pararse, provocando la pérdida de las cosechas. Se espera que esta amenaza se agrave con el cambio climático.
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Sin embargo, algunas plantas, entre las que se encuentran grandes cultivos como el maíz y el trigo, pueden enfrentarse a retos adicionales por el calentamiento futuro, ya que el calor perjudica una importante herramienta que utilizan para defenderse de las infecciones. Cuando las cosas se calientan aunque sea ligeramente por encima de los niveles normales, las plantas pueden ser más vulnerables a las plagas.
Los biólogos han empezado a averiguar cómo ocurre esto, y las nuevas investigaciones revelan vías para reparar las defensas de las plantas sin ralentizar su crecimiento. Si se puede trasladar a las explotaciones agrícolas reales, modificar los cultivos de esta manera podría ayudar a garantizar que el suministro de alimentos se mantenga al día con el crecimiento de la población en un mundo que se está calentando.
Los sistemas inmunitarios de las plantas no son tan complicados como los de los humanos, pero producen sustancias químicas en respuesta a las infecciones bacterianas o fúngicas o a los ataques de los insectos.
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Para muchas plantas, una vía inmunitaria importante es el ácido salicílico. Esta sustancia química tiene propiedades antibacterianas y también actúa como señal para poner en marcha otras vías inmunitarias.
El problema es que, en condiciones de calor inusuales, esta vía básicamente se apaga. Para los cultivos que crecen en lugares normalmente más fríos, como el centro de Europa, por ejemplo, unos pocos días por encima de los 28 °C pueden ser suficientes para hacer que las defensas de la planta se vean afectadas.
Los investigadores conocen esta limitación desde hace décadas, pero hace poco que han empezado a entender exactamente qué es lo que falla y cómo podrían intervenir para ayudar.
En un nuevo estudio, los investigadores han identificado un gen que parece ser el culpable de la sensibilidad a la temperatura y han encontrado una forma de reparar el sistema inmunitario de las plantas a temperaturas más altas.
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Sheng Yang He, biólogo de plantas de la Universidad de Duke y del Instituto Médico Howard Hughes, junto a su equipo identificaron un gen llamado CBP60g que codifica una proteína que controla cómo se expresan otros genes implicados en la vía del ácido salicílico.
Una vez que los investigadores encontraron el gen, pudieron modificar el genoma de las plantas para que se vieran obligadas a aumentar la producción de ácido salicílico en todo momento, incluso a altas temperaturas. Finalmente, los investigadores también lograron que las plantas produjeran las sustancias químicas de defensa sólo cuando detectaran un patógeno, conservando así la energía y asegurando que las plantas no ralentizaran su crecimiento al producir defensas innecesarias.
Esta investigación, al igual que muchos estudios fundamentales sobre plantas, se realizó con una planta llamada Arabidopsis, la rata de laboratorio de la biología vegetal. Trasladar el trabajo a otras plantas podría ser un reto, dice César Cuevas-Velázquez, biólogo vegetal de la Universidad Nacional Autónoma de México y uno de los revisores del estudio.
Sin embargo, muchas especies de cultivos relevantes están estrechamente relacionadas con Arabidopsis, como el brócoli y las coles de Bruselas. Y dado que la vía del ácido salicílico está presente en muchos tipos de plantas diferentes, incluidos los principales cultivos como el trigo, el maíz y las papas, es posible que el trabajo tenga un impacto mucho más allá del laboratorio.
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En algunos experimentos de seguimiento, el grupo de Duke trató de repetir sus resultados en plantas de raps, una variedad que se utiliza para fabricar aceite de canola. Los resultados fueron prometedores, aunque el trabajo aún debe probarse en ensayos de campo, afirma.
Uno de los obstáculos para llevar los cultivos modificados genéticamente al campo podría ser que los investigadores utilizaron bacterias para introducir el nuevo ADN en la planta, lo que significa que se considerarían OGMs (organismos modificados genéticamente o «transgénicos»). Pero He dice que en futuras investigaciones se podrían utilizar herramientas de edición genética como CRISPR en lugar de introducir ADN de otro organismo, lo que podría evitar algunos de los problemas de regulación y de consumo asociados a los alimentos GM.
Otros expertos se apresuran a señalar que, si bien la investigación está avanzando, todavía no tenemos las plantas totalmente resueltas.
«Hay muchas más preguntas que son más fundamentales», dice Jian Hua, biólogo de plantas de la Universidad de Cornell. Por ejemplo, dice, no está claro por qué esta vía inmune se cierra a altas temperaturas en primer lugar.
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La ralentización de la inmunidad a altas temperaturas podría ser un capricho evolutivo, pero también es posible que la desactivación de ciertas defensas a medida que cambian las temperaturas tenga algún beneficio, señala Hua. Algunas plantas tienen otras respuestas inmunitarias que se intensifican cuando aumentan las temperaturas, y no está claro cuál es la importancia relativa de estas diferentes vías o cómo pueden interactuar.
El aumento de las temperaturas provocado por el cambio climático afectará a las plantas de muchas maneras más allá de la inmunidad, pero si los investigadores pudieran encontrar nuevas formas de ayudar a las plantas a defenderse, esto podría significar, en última instancia, un menor uso de pesticidas y un suministro mundial de alimentos más resistente.