LA INVESTIGACIÓN QUE MEJORARÁ LA ADAPTACIÓN DE PLANTAS AL CAMBIO CLIMÁTICO

El cambio climático es un fenómeno global que está impactando negativamente en parte importante de la producción agrícola, poniendo en riesgo la disponibilidad actual de alimentos.

La ciencia lleva años intentando descifrar los genes involucrados en la mejor adaptación de los seres vivos a los efectos que ya estamos empezando a experimentar consecuencia del cambio climático en nuestro planeta.

En 2008 se inició en España el proyecto Cenit Demeter, que analizó hasta 2011 la influencia del cambio climático en la maduración de la uva. España posee el viñedo más extenso del mundo con un 14% de la superficie mundial y es el tercer país exportador de vinos, un sector del que viven gran cantidad de pequeñas empresas y que permite el afianzamiento de la población al medio rural. El proyecto, en el que participaron 25 compañías vitivinícolas y 31 grupos de investigación españoles, estaba cofinanciado por el Ministerio de Ciencia e Innovación a través del Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI).

En 2010, un equipo de investigadores del Centro John Innes, perteneciente al Consejo de Investigación de la Biotecnología y las Ciencias Biológicas (BBSRC) del Reino Unido, averiguó el modo en que las plantas controlan su propio desarrollo en función de la temperatura ambiental. El equipo de investigación, financiado por el Consejo Europeo de Investigación (CEI), estudiaron genes de la Arabidopsis para averiguar cuáles se encargan de la respuesta a la temperatura y cómo podrían adaptarse a un aumento de la misma provocado por el cambio climático descubriendo  el mecanismo vegetal que controla el crecimiento de las plantas: poseen un termómetro interno que les ayuda a regular su crecimiento. 

Un artículo publicado en enero de 2014 en la revista Nature Genetics, por un equipo de investigadores del Gregor Mendel Institute of Molecular Plant Biology (Viena) perteneciente a la Austrian Academy of Sciences del que forma parte la Dra. Mónica Meijón, del Servicio Regional de Investigación y Desarrollo Agroalimentario (SERIDA) del Principado de Asturias, ha revelado la importancia de la caracterización e identificación de un nuevo gen que regula el crecimiento de la raíz. En este trabajo dirigido por el Dr. Wolfgang Busch, se ha identificado y caracterizado un nuevo gen que regula el desarrollo del meristemo radicular en plantas. El meristemo radicular es el tejido que permite a las plantas mantener un crecimiento continuo de la raíz. Este tejido está constituido por células no diferenciadas con capacidad para producir cualquier tipo de tejido radicular bajo determinadas condiciones, son las llamadas “células madre”. Sabemos que la raíz es un órgano esencial para la planta, tanto desde el punto de vista nutricional como por permitirle la absorción del agua. Además, este órgano es fundamental porque ejerce un gran control sobre la capacidad de adaptación a las condiciones ambientales constantemente cambiantes a que se enfrentan las plantas, y más aún en el actual entorno de cambio climático.

Para la realización de este trabajo los investigadores han empleado una técnica novedosa, “Genome Wide Association (GWA) studies”, fundamentalmente usada hasta la fecha en la identificación de genes asociados al desarrollo de determinadas enfermedades en humanos. Dicha técnica consiste en tratar de relacionar, mediante determinados algoritmos, las variaciones que se aprecian en miles de individuos en un determinado carácter (variaciones fenotípicas), con cambios específicos en el genoma de los mismos individuos. Concretamente, en este trabajo, se estudiaron las variaciones en longitud y desarrollo de raíz en 201 ecotipos de Arabidopsis thaliana procedentes de diferentes partes del mundo (una pequeña planta que se emplea como especie modelo en estudios de genómica y fisiología vegetal dado su fácil manejo) cruzando esos datos, a través de fórmulas matemáticas, con las variaciones en el genoma detectadas en esos ecotipos. Así, de este modo se logró identificar un nuevo gen implicado en el desarrollo radicular, que se denominó KUK (“Kurz und Klein” corto y pequeño, en alemán). Paralelamente, y a través de técnicas de biología molecular clásicas se caracterizó la funcionalidad de KUK demostrando la implicación de este gen en la división y elongación celular que debe sufrir el meristemo radicular, previo al inicio de los procesos de diferenciación que inducirán el desarrollo de los diferentes tejidos que constituyen la raíz de una planta.

El Instituto Vasco de Investigación y Desarrollo Agrario, NEIKER-Tecnalia, entidad pública dependiente de la Viceconsejeria de Agricultura, Pesca y Política Alimentaria del Gobierno Vasco, también investiga actualmente los genes de patata que mejor se adaptan a las condiciones previstas de cambio climático, caracterizadas por una disminución de la lluvia y temperaturas más extremas de calor y frío. Bajo el nombre del proyecto PAPACLIMA, el objetivo es identificar los genes más resistentes con el fin de crear nuevas variedades de patata que se adapten de forma óptima a las futuras condiciones climáticas. Por otro lado, la investigación persigue también conocer cómo se comportarán las variedades de patata actuales en una situación de mayor sequía y temperaturas más altas y bajas.

También ha arrancado recientemente el proyecto TomGEM, una iniciativa de la Unión Europea y financiada con 5,6 M€, además de contar con la participación de dieciocho instituciones de Europa, Argentina y Taiwán, estando coordinado por el Institut Natiional Polytechnique de Touluse, se encargará de investigar cuáles son los genes que permiten al tomate resistir en zonas con altas temperaturas.

Según la propia FAO, la agricultura es extremadamente vulnerable al cambio climático. El aumento de las temperaturas termina por reducir la producción de los cultivos deseados, a la vez que provoca la proliferación de malas hierbas y pestes. Los cambios en los regímenes de lluvias aumentan las probabilidades de fracaso de las cosechas a corto plazo y de reducción de la producción a largo plazo. Aunque algunos cultivos en ciertas regiones del mundo puedan beneficiarse, en general se espera que los impactos del cambio climático sean negativos para la agricultura, amenazando la seguridad alimentaria mundial. Este hallazgo supone un avance considerable en los estudios de adaptación de las plantas al cambio climático, además de validar la utilidad de esta novel tecnología, GWAs, en la identificación de nuevos genes implicados en procesos de desarrollo y/o adaptación concretos. 

El conocimiento de los genes de una planta implicados en determinados caracteres no supone necesariamente su utilización para una modificación genética posterior, sino que puede ser usada para avanzar en una selección de plantas mejor adaptadas o más productivas basado en el estudio científico de su genoma y no sólo en las evidencias morfológicas o productivas que se manifiestan. En un escenario donde, según un estudio reciente de la Comisión Consultiva de Dupont para la Innovación y la Productividad en la Agricultura en el Siglo XXI la producción de alimentos deberá ser un 70% mayor que la actual en el 2050 pues predice un aumento del 23 % de la población mundial que alcanzará la cifra de 9 mil millones y donde el cambio climático amenaza a la agricultura, la silvicultura y la pesca, es más necesario que nunca encontrar medios para adaptar los cultivos y mejorar la resilencia de los sistemas de producción de alimentos.

Referencia bibliográfica:

Mónica Meijón, Santosh B Satbhai Tsuchimatsu & Wolfgang Busch. Genome-wide association study using celular traits identifies a new regulator of root development in Arabidopsis. Nature Genetics (2013) doi: 10.1038/ng.2824.

Fuente: SERIDA