Un descubrimiento de los científicos del centro de investigación estatal “Texas A&M AgriLife Research” en Dallas, TX, Estados Unidos, ofrece nuevos conocimientos sobre el reloj biológico o circadiano, cómo regula la alta eficiencia del uso del agua en algunas plantas y cómo otras, incluidas las plantas agrícolas, podrían mejorarse con la misma eficiencia, posiblemente para crecer en condiciones inhabitables para estas actualmente.
Los científicos en su estudio, publicado en la revista Genome Biology and Evolution, identifican 1.398 factores de transcripción, o proteínas que regulan la expresión de ciertos genes, en la piña. De ellos, casi la mitad exhibió patrones de expresión génica diurna o específica del tiempo del día, lo que podría ser importante para descubrir los controles genéticos para el uso del agua en las plantas.
«Este es un paso importante para comprender la regulación circadiana general de la fotosíntesis de alta eficiencia de agua y cómo esa eficiencia puede replicarse en otras plantas, concretamente en cultivos alimentarios», dijo el Dr. Qingyi Yu, profesor asociado de genómica vegetal de AgriLife Research en Dallas.
El estudio de su equipo se produce después del Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2017, otorgado este año por descubrimientos relacionados con los mecanismos moleculares que controlan el ritmo circadiano.
El grupo de Yu se centró en la piña, una planta tropical eficiente en uso de agua que usa el metabolismo del ácido crasuláceo o la fotosíntesis CAM. Durante la fotosíntesis, las plantas CAM abren sus estomas por la noche para facilitar el intercambio de gases con uso eficiente de agua en comparación con las plantas C3, cuyo intercambio de gases con menor eficiencia de agua se produce durante el día. La mayoría de los cultivos alimentarios, incluidos el arroz, el trigo, la soja y el algodón, utilizan la fotosíntesis C3.
Los investigadores encontraron ciertos genes regulados por el reloj biológico que se expresan de manera similar en dos tipos de tejidos de la planta de piña: los que contribuyen a la fotosíntesis y los que no. El hallazgo representa un nuevo paradigma para identificar los genes del reloj central, dijo Yu. El método reveló lo que podrían ser componentes del reloj circadiano u oscilador que regula la actividad CAM.
El descubrimiento es un salto en la comprensión de los mecanismos genéticos de la fotosíntesis CAM de alta eficiencia fr agua y el uso de los conocimientos para la producción de cultivos en el futuro, dijo Yu.
«Creemos que en algún momento podemos mejorar las plantas con [fotosíntesis] C3 intensivas en agua en la medida en que también emplean la fotosíntesis de CAM», dijo. «Al comprender estos controles genéticos, podemos ayudar a las plantas a adaptarse a los climas cambiantes, posiblemente cultivando alimentos en entornos en los que sería imposible hoy».
Yu dijo que el siguiente paso en la investigación en curso es confirmar las funciones del oscilador circadiano prospectivo.