Los científicos encuentran nuevos modelos de investigación para estudiar cultivos alimentarios

Jeff Sossamon, Universidad de Missouri-Columbia   Con frecuencia, se requiere que los agricultores apliquen fertilizantes nitrogenados a sus cultivos para mantener la calidad y mejorar los rendimientos. En todo el mundo, los agricultores usaron más de 100 millones de toneladas de nitrógeno en 2011, según la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura. En el mismo año, solo los EE. UU.

Produjeron e importaron más de $ 37 mil millones en nitrógeno. Ahora, los investigadores de la Universidad de Missouri están trabajando para disminuir la dependencia del nitrógeno en las plantas, lo que podría ayudar a disminuir los costos para los agricultores, desarrollar plantas más poderosas, eliminar la escorrentía en los suministros de agua y proporcionar alimentos a una población mundial en crecimiento.

Fernanda Amaral, becaria postdoctoral e investigadora del Centro de Ciencias de la Vida de Bond, descubrió que una menor dependencia del nitrógeno podría comenzar con un tipo simple de pasto, Setaria viridis, y su relación con las bacterias naturales .

“La fijación biológica de nitrógeno, donde las bacterias fijan el nitrógeno atmosférico y lo convierten en amoníaco, proporciona una forma libre para que las plantas asimilen y metabolicen el nitrógeno”, dijo Amaral. “Los agricultores saben desde hace tiempo que las leguminosas como la soja fijan nitrógeno debido a la simbiosis entre la planta y las bacterias en el suelo. Normalmente, las plantas desarrollan nódulos en sus raíces, sin embargo, desde las plantas de pasto que producen alimentos como maíz, arroz y caña de azúcar, no forman estas estructuras especializadas, esa relación ha sido más difícil de explorar en estas plantas. Por lo tanto, necesitábamos un modelo de planta que nos ayudara a estudiar cómo ocurre naturalmente la fijación de nitrógeno “.

Amaral trabajó con Gary Stacey, Catedrático de Ciencias Vegetales y Bioquímica de la MSMC en MU, así como con científicos en Brasil de la Universidad Federal de Paraná y la Universidad de Santa Catarina para encontrar un sistema de modelo de planta que fuera fácil de germinar, lo suficientemente pequeño como para estudio y ya tenía un genoma secuenciado. Detectaron más de 30 genotipos de Setaria viridis grass buscando una fuerte respuesta de fijación de nitrógeno cuando se introdujeron tres cepas de bacterias diferentes.

Las plantas luego fueron trasplantadas al suelo sin nutrientes. Al eliminar el nitrógeno en el suelo, los científicos pudieron asegurar que la bacteria era la única fuente de nitrógeno para las plantas de pasto que estaban estudiando.

Al demostrar que la bacteria verdaderamente reparó el nitrógeno utilizado por la planta, se requirió la exposición de las plantas a los isótopos radiactivos en el Laboratorio Nacional Brookhaven en Nueva York. Eso comenzó con Nitrogen 13, un radioisótopo inestable que mostró exactamente dónde y qué tan rápido este nutriente fue absorbido por la bacteria. El equipo determinó que la bacteria Azospirillum brasilense, que se ha utilizado comercialmente en América del Sur para mejorar el crecimiento de las plantas de cultivo, fue la mejor opción.

“Queríamos identificar los genes responsables de la interacción entre la planta y las bacterias y principalmente los involucrados en la absorción de nitrógeno”, dijo Amaral. “Al identificar la bacteria que permite que las plantas tomen nitrógeno, es posible que hayamos encontrado una manera más eficiente y ecológica de cultivar. El pasto Setaria viridis puede servir como un modelo simple para la investigación y puede sustituir a parientes del pasto como el maíz y el arroz Estudios posteriores pueden explorar una relación similar en esos cultivos alimenticios y podrían conducir a una manera amigable con las plantas de promover una agricultura más sostenible “.