Investigadores de la Universidad de Arkansas están desarrollando variedades de arroz que toleren temperaturas nocturnas elevadas, una condición que afecta negativamente el rendimiento y la calidad del grano. La profesora Vibha Srivastava destaca el potencial de la edición genética para acelerar este proceso, ofreciendo una alternativa prometedora a los métodos de mejoramiento tradicionales.
University of Arkansas System / 13 de enero, 2025.- Las plantas de arroz pueden soportar el calor durante el día, pero cuando se pone el sol, necesitan relajarse.
El desarrollo de arroz con tolerancia a temperaturas nocturnas más altas se ha convertido en un objetivo para los mejoradores de arroz porque los estudios muestran que las noches son cada vez más cálidas en las regiones de cultivo de arroz más grandes.
La mitad del arroz cultivado en los Estados Unidos proviene de Arkansas, principalmente del Delta. Arkansas ha sido el hogar de alrededor de 1,4 millones de acres plantados con el grano que sirve como alimento básico para más de la mitad de la población mundial, según el Servicio de Investigación Económica del USDA.
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«Los mejoradores de arroz han tratado de incorporar genes de tolerancia en el origen del arroz de Arkansas, lo que no es una tarea fácil», dijo Vibha Srivastava, profesor de biotecnología vegetal en el departamento de cultivos, suelos y ciencias ambientales de la División de Agricultura del Sistema de la Universidad de Arkansas. “Apenas han empezado a arañar la superficie en esa área, pero están haciendo buenos avances. Hay algunas actualizaciones prometedoras”.
Sin embargo, Srivastava dijo que puede haber otra forma de avanzar: la edición genética, que es diferente de la transgenia porque no inserta secuencias de ADN de otros organismos, explicó.
Srivastava explora el tema del mejoramiento del arroz y el potencial de la edición genética para tolerar el calor nocturno en la edición de diciembre de Current Opinion in Plant Biology con un artículo titulado “Beat the heat: Breeding, genomics, and gene editing for high nighttime temperature tolerance in rice” (Vencer el calor: Mejoramiento, genómica y edición genética para la tolerancia a altas temperaturas nocturnas en el arroz).
Sus coautores del artículo fueron Christian De Guzman, profesor adjunto de mejoramiento y genética del arroz, y Samuel B. Fernandes, profesor adjunto de estadística agrícola y genética cuantitativa, ambos investigadores de la Estación Experimental Agrícola de Arkansas, el brazo de investigación de la División de Agricultura de la Universidad de Arkansas.
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Se trata del primer artículo de revisión sobre la alta tolerancia nocturna en el arroz que ellos conocen, que reúne toda la literatura científica disponible sobre el tema en un solo lugar.
Srivastava dijo que también se ha publicado información sobre el tema en la serie de investigaciones sobre el arroz de B.R. Wells, con estudios dirigidos por Paul Counce, profesor de fisiología del arroz en el Centro de Investigación y Extensión del Arroz, sobre la detección de respuestas del arroz a altas temperaturas nocturnas, susceptibilidad o tolerancia.
De Guzman, Fernandes y Srivastava recibieron una subvención de cuatro años por 585.650 dólares del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) para mejorar el arroz con una alta tolerancia al calor nocturno. El artículo de Current Opinion in Plant Biology explica la información recopilada para la propuesta de subvención.
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Por qué la tolerancia al calor nocturno
Cuando el arroz está en sus etapas de floración y llenado de grano, es más sensible a las altas temperaturas nocturnas que a las altas temperaturas diurnas. Las temperaturas óptimas para el crecimiento del arroz varían globalmente, pero los autores señalan que la mayoría de las variedades de arroz muestran sensibilidad a temperaturas nocturnas superiores a los 28 grados Celsius.
Las temperaturas más altas provocan pérdidas de rendimiento y una disminución de la calidad del grano que se expresa en forma de “calcificación” o «caliza», una característica indeseable que afecta la calidad de la molienda, la calidad de la cocción y la palatabilidad.
Basándose en estudios recientes, los autores observaron que los resultados del alto estrés nocturno pueden provocar una pérdida de hasta el 90 por ciento en el rendimiento del grano y un aumento significativo de la caliza.
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Srivastava dijo que los mecanismos genéticos de la alta susceptibilidad al estrés nocturno no están claros, pero saben que una tasa de respiración elevada durante las altas temperaturas nocturnas desvía la energía del crecimiento a la reparación e impacta en la formación de biomasa.
Desafíos futuros
Si bien no se conocen cultivares modernos mejorados en los Estados Unidos que puedan soportar la exposición a altas temperaturas nocturnas durante la etapa reproductiva, una variedad india llamada Nagina 22 ofrece una alta tolerancia a la noche. Sin embargo, cuando se cultivó en condiciones de campo en Arkansas mostró algunos rasgos indeseables como tamaño de grano pequeño, caliza y tallos altos susceptibles a caerse, conocido como encamado.
Nagina 22 se ha utilizado en cruces con cultivares modernos para obtener una alta tolerancia nocturna, pero los genes no se han clonado. Sin la identidad genética, la aplicación de la edición genética para mejorar los rasgos de los cultivares populares es imposible, dijo Srivastava. Mientras tanto, señala la edición genética como otra forma de mejorar los rasgos deseables en Nagina 22, o en cruces con Nagina 22.
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Algunas líneas de mejoramiento avanzadas en el Programa de Mejoramiento de Arroz de Arkansas podrían ser candidatas para la edición genética si muestran rasgos mejorados relacionados con el rendimiento y la caliza del grano después de un alto estrés nocturno.
Sin embargo, una consideración crítica con Nagina 22 y sus líneas derivadas es mejorar su alta caliza natural del grano. La clonación y el análisis de Chalk5, una importante región calcárea del ADN del arroz, abre una ruta para reducir la caliza mediante la edición genética, señaló.
“Nuestro objetivo es obtener más producción y un sabor más sabroso en lo que respecta al arroz, pero la calidad del grano es importante”, dijo Srivastava.
Noches más cálidas
Estudios nacionales y regionales indican una tendencia al calentamiento nocturno en los Estados Unidos. Según la Quinta Evaluación Nacional del Clima publicada en 2023, “las temperaturas nocturnas y las temperaturas invernales se han calentado más rápidamente que las temperaturas diurnas y estivales”.
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Un estudio de 2021 con aportes de investigadores de la Universidad Estatal de Arkansas y la Unidad de Investigación de Gestión del Agua del Delta del Servicio de Investigación Agrícola del Departamento de Agricultura de los EE. UU. en Jonesboro, mostró un aumento de aproximadamente 1 grado Fahrenheit (0,53 Celsius) en la temperatura del aire nocturno estacional de Arkansas entre 1940 y 2018. El estudio se tituló “Cambio significativo en la temperatura del aire nocturno ambiental durante la temporada de cultivo del arroz en los principales estados arroceros de EE. UU.”.