El equipo, codirigido por la Universidad de California en Riverside y el Instituto Boyce Thompson, descubrió que una única mutación en un gen regulador permite que las raíces de la planta modelo Arabidopsis thaliana crezcan normalmente incluso en suelos muy ácidos, condiciones que normalmente impiden el crecimiento. el crecimiento de la planta y limitar la absorción de nutrientes y agua.
Los hallazgos, publicados hoy en la revista Nature Plants, podrían conducir al desarrollo de cultivos más tolerantes al suelo ácido, ayudando así a aumentar la producción de alimentos y aliviar el hambre global, dijo el biólogo vegetal de la UCR Long Jiang, quien codirigió el estudio.
El aluminio es el tercer elemento más abundante en la corteza terrestre y los suelos altamente ácidos que contienen aluminio están muy extendidos en muchas partes del mundo. Los suelos ácidos pueden ser el resultado de la erosión natural y pueden verse exacerbados por actividades humanas, como el uso excesivo de fertilizantes nitrogenados.
Los efectos tóxicos del aluminio en las plantas están bien documentados, incluido el retraso en el crecimiento de las raíces, la reducción de la absorción de agua y nutrientes y la inhibición de la división y expansión celular. Estos efectos pueden afectar gravemente al rendimiento y la calidad de los cultivos, planteando importantes desafíos a la seguridad alimentaria mundial.
A pesar de la prevalencia y el impacto de la toxicidad del aluminio en el suelo, los mecanismos moleculares que subyacen a la tolerancia al aluminio en las plantas no se comprenden bien. Para abordar esta brecha de conocimiento, Jiang y su equipo se propusieron investigar cómo responden las plantas de Arabidopsis al estrés por aluminio.
Utilizando un enfoque de detección genética, los investigadores identificaron un único gen, denominado ART1 (FACTOR 1 DE TRANSCRIPCIÓN DE RESPUESTA AL ALUMINIO), que desempeña un papel crucial en la tolerancia al aluminio. ART1 codifica un factor de transcripción, una proteína que regula la expresión de otros genes.
Los investigadores descubrieron que una sola mutación en el gen ART1 conducía a una mayor tolerancia al estrés por aluminio en las plantas de Arabidopsis. Las raíces de las plantas mutantes mostraron un crecimiento y desarrollo normales incluso en suelos altamente ácidos, en contraste con las raíces atrofiadas de las plantas de tipo salvaje.
Experimentos adicionales revelaron que ART1 regula la expresión de múltiples genes implicados en la desintoxicación del aluminio, el desarrollo de las raíces y la homeostasis celular. Al alterar la expresión de estos genes, ART1 ayuda a las plantas a afrontar el estrés por aluminio y mantener el crecimiento de las raíces.
"Nuestros hallazgos proporcionan nuevos conocimientos sobre los mecanismos moleculares de la tolerancia al aluminio en las plantas", dijo Jiang. "Al manipular la actividad de ART1, es posible desarrollar cultivos con mayor tolerancia a los suelos ácidos, lo que podría tener un impacto significativo en la producción de alimentos y la seguridad alimentaria mundial".
El estudio fue apoyado por subvenciones de la Fundación Nacional de Ciencias, el Departamento de Agricultura de EE. UU. y el Consejo de Becas de China.
