La investigación, publicada en la revista Nature Plants, revela cómo las raíces de la planta modelo Arabidopsis thaliana responden a la impedancia mecánica, como el suelo duro, alterando sus patrones de crecimiento e iniciando la producción de proteínas especializadas que les ayudan a penetrar el suelo.
Utilizando una combinación de técnicas de imagen, análisis genético y ensayos biofísicos, los investigadores descubrieron que cuando las raíces encuentran suelo duro, cambian de su patrón de crecimiento normal y recto a uno más tortuoso, lo que les permite sortear los obstáculos del suelo.
Además, las raíces producen proteínas especializadas llamadas expansinas, que ayudan a romper las paredes celulares y aflojar el suelo, lo que facilita la penetración de las raíces.
"Nuestros hallazgos proporcionan una comprensión detallada de los mecanismos mediante los cuales las raíces responden a la impedancia mecánica y ofrecen objetivos potenciales para la manipulación genética para mejorar la penetración y el anclaje de las raíces en los cultivos", dijo el Dr. Ryan de Jonge, investigador del PEB y coprimer autor. del estudio.
El equipo de investigación, incluido el Dr. de Jonge, el profesor Peter Ho, el Dr. Christopher O'Leary y la Dra. Anna Zourelidou, utilizó un sistema de imágenes de rizotrón personalizado para visualizar el crecimiento y desarrollo de las raíces en tiempo real.
Observaron que cuando las raíces de Arabidopsis encontraban suelo duro, inicialmente dejaban de crecer, pero luego reanudaban el crecimiento después de unos días, aunque a un ritmo más lento y con un patrón de crecimiento diferente.
Los investigadores también descubrieron que la producción de expansinas era inducida por la impedancia mecánica del suelo duro y que estas proteínas eran esenciales para la penetración de las raíces.
"Este descubrimiento tiene el potencial de transformar la agricultura en regiones propensas a la sequía, donde los suelos duros pueden limitar gravemente el rendimiento de los cultivos", afirmó el profesor Peter Ho, director de PEB y coautor principal del estudio.
"Al comprender los mecanismos por los cuales las raíces penetran en suelos duros, ahora podemos desarrollar estrategias para mejorar el crecimiento de las raíces y su anclaje en los cultivos, lo que podría conducir a mayores rendimientos de los cultivos y una mejor seguridad alimentaria en estas regiones".
El equipo de investigación está trabajando ahora en identificar los reguladores genéticos clave de la penetración y el anclaje de las raíces, con el objetivo de desarrollar nuevas variedades de cultivos con sistemas de raíces mejorados que puedan resistir mejor la sequía y otras tensiones ambientales.
