La Universidad de Castilla-La Mancha  ha iniciado un nuevo estudio sobre el diseño de cultivos aptos para el clima futuro. Se está desarrollando desde la Unidad Asociada Fenotipado, utilizando técnicas de imagen y estudios de desarrollo estomático para análisis de estrés vegetal. Establecido entre dos grupos: Biotecnología y Biología Molecular de Plantas, y el de Regulación Redox, Señalización por Azúcares y respuesta al Estrés Biótico Y Abiótico del Proceso Fotosintético de EEZ (Estación Experimental del Zaidín, CSIC). Tres son las investigadoras que lo están desarrollando, por un lado, Carmen Fenoll y Montaña Mena, de la UCLM con sede en Toledo; por otro lado, Matilde Barón, del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) con sede en Granada.

Las investigadoras han comenzado con esta investigación tras conocer las predicciones futuras sobre la disminución del rendimiento agrícola, que pondría en peligro la producción de alimentos para la sociedad. Todas ellas se encargan de estudiar “los genes que controlan cuantos estomas se forman en las hojas, y cómo la abundancia de éstos influye en la fisiología en diferentes condiciones ambientales de estrés”, explica Carmen Fonell. Además, manifiesta que, para ello, precisan de una serie de procedimientos “usamos una especie de modelo (Arabidopsis thaliana) fácil de manejar en el laboratorio… Usando genética molecular y transgénesis, identificamos los genes importantes para determinar cuantos estomas hace la planta. Y gracias a la genómica traslacional intentamos traspasar nuestros hallazgos a otras especies que tengan interés agronómico. Las respuestas fisiológicas las estudiamos usando técnicas no invasivas de imagen que nos informan de la temperatura de las hojas, su actividad fotosintética y el estrés al que están sometidas los individuos que elegimos con distintas cantidades de estomas”.

El principal objetivo que tienen en esta investigación es “entender mejor los procesos biológicos básicos, muchos trasladables a otros organismos, y aplicar los resultados a la mejora vegetal para obtener variedades mejor adaptadas a las condiciones climáticas del futuro” dice Carmen. Para ello, las investigadoras trabajan a día de hoy con un único modelo, llamado Arabidopsis thaliana, mencionada anteriormente. Este tipo de modelo lo suelen utilizar muchos científicos para realizar diferentes investigaciones. De ahí, que estas investigadoras se apoyen “en muchos descubrimientos y herramientas que otros investigadores han obtenido y que son del dominio público. Además, Arabidopsis es pequeña (unos pocos centímetros de alta), crece deprisa (3-4 meses) y produce cada individuo miles de semillas. Se conoce su genoma y se transforma genéticamente con facilidad” expresa Carmen.

Arabidopsis thaliana

Todo este proceso tiene un propósito, diseñar cultivos aptos para el clima futuro. Para ello, van a llevar a cabo diferentes cultivos, definidos por Fonell como “cultivos que usen mejor el agua, cada vez más escasa, y otros que toleren las altas temperaturas sin perder productividad”. El motivo es claro, como ya sabemos, estamos atravesando por uno de los problemas más graves que puede existir y por el cual corremos un riesgo, ese es el cambio climático como resultado del calentamiento global. Varios son los efectos, los problemas y los impactos que a día de hoy pueden verse, tanto en los aspectos de la vida, como en la naturaleza, etc. Nada es seguro ni completamente fiable, pero muchos expertos en temas relacionados con el clima tienen más convicciones de que pueda suceder a que ocurra todo lo contrario. Habrá áreas mucho más afectadas que otras, y los efectos en las más afectadas serán mucho más radicales y acentuados. En el caso de España, uno de los efectos como es la sequía, según prevé el IPCC para zonas mediterráneas, concretamente, el centro y el sur de España, el efecto será más drástico y directo. Al igual, el calentamiento global provoca un ciclo de alteraciones terrestres, como las capas de hielo, glaciares y nieves derretidas de forma acelerada en las cumbres más altas del mundo. Lo que llevaría a provocar un aumento del mar que inundaría ciudades de la costa y deltas de río, alterando la producción de agricultura internacional. Según la AEMET (Agencia Estatal de Meteorología) entre 2016-2017 los valores de precipitaciones han sido alarmantes. El 2017 ha sido el sexto año más cálido de este siglo. Según el Ministerio de Medio Ambiente, el 74% de la península española está en proceso de desertización, y el resto del porcentaje que a día de hoy está a salvo, dentro de 50 años, se encontrará en riesgo, afectando principalmente al sector de la agricultura y la ganadería.

Las causas que provocan un cambio climático se deben a factores que generan un cambio constante entre la cantidad de energía que entra y sale en el sistema. Pueden ser naturales, antrópicas e internas. En cuanto al calentamiento global es fruto del aumento de gases de efecto invernadero debido a las actividades humanas, como puede ser la deforestación. Y el principal causante, entre ellos, es el CO2, el cual ha aumentado a niveles nunca vistos. Este cambio climático puede beneficiar a ciertas plantas, pero también puede traer varias consecuencias, como las plagas, las sequías y las inundaciones, las cuales no van a ser nada beneficiosas. Según un estudio del IFPRI (Instituto Internacional De Investigación Sobre Políticas Alimentarias) prevén que desde ahora hasta el año 2050, los terrenos aptos para alimentos como el maíz, la patata, el arroz y el trigo se vean alterados, lo que llevará a obligar a los agricultores a optar por otros cultivos. En el caso del impacto que reciben las plantas ante este cambio climático según Fonell “todos los seres vivos tienen condiciones óptimas para el crecimiento y la reproducción, fuera de los cuales disminuye su crecimiento, se pierde fertilidad y la supervivencia se puede ver amenazada. Los actuales cultivos se han ido seleccionando y mejorando en los últimos 100-200 años para las condiciones climáticas que han imperado hasta ahora. Pero el cambio climático aboca a estas especies a vivir y reproducirse fuera de los márgenes de seguridad. En las especies silvestres, hay desplazamientos de las regiones del globo en que normalmente viven, o bien extinciones si este desplazamiento no es posible.” En cuanto a las consecuencias, según Carmen, serían la pérdida de productividad y fertilidad, que conllevaría a la producción de menos frutos y con ello bajaría su calidad.

“La composición de compuestos organolépticos también cambia, y si el estrés es muy extremo y sostenido, la planta puede morir”

La conservación de genes y los mecanismos implicados proporcionan nuevos experimentos prospectivos tanto en tomate como en vid. Carmen revela que “los genes que descubrimos en Arabidopsis se encuentran con facilidad en los genomas del tomate y de la vid. En tomate hay también información genética de otros laboratorios y se puede cultivar con cierta facilidad y realizar transgénesis; en vid es más difícil todo esto”. Manejan especies como el tomate o la vid porque actualmente, no tienen capacidad de manejar otros tipos de especies, aunque los genes que encuentran están en muchas especies cultivadas como el maíz, la patata, el arroz, etc.

El estrés de las plantas

Las plantas sufren estrés vegetal por diversos factores que impiden su crecimiento y desarrollo, como puede ser la sequía, la falta de luz o temperaturas extremas. En este caso, las investigadoras solo se centran en las altas temperaturas y la escasez de agua. Según Fonell “Ante el estrés las plantas se defienden dedicando recursos a esta lucha y perdiéndolos para el crecimiento y la reproducción. La composición de compuestos organolépticos también cambia, y si el estrés es muy extremo y sostenido, la planta puede morir”. Las investigadoras lo que intentan es cambiar la transpiración y la fotosíntesis. Los estomas facilitan la fotosíntesis, juegan un papel fundamental controlando la transpiración. A través de ellos accede el CO2 en la planta y sin él no podría haber fotosíntesis, y se convertiría el gas en azúcares. Este estrés es el causante del cierre estomático, las plantas hacen frente a este estrés mediante el cierre estomático, evitando así la pérdida de agua, de tal manera que la planta mantenga su hidratación y el nivel de estrés disminuya. Este cierre estomático afecta de forma negativa al desarrollo de la planta, ya que, altera la fotosíntesis, y con ello, el transporte de agua y de hormonas dentro de la planta. Se debe evitar el estrés en la planta para que no se produzcan pérdidas de producción. Matilde Barón en una de sus manifestaciones afirma que cuando la planta pasa por un factor de estrés “activan señales de alarma para preparar toda su batería de mecanismos de defensa. Si sufren por temperaturas extremas, sintetizarán proteínas de defensa frente al calor o el frío; si crecen a grandes alturas y están expuestas a fuerte radiación ultravioleta, producirán filtros contra esta radiación y, si las invade un patógeno, aunque carezcan de sistema inmune, producirán una gran variedad de sustancias -entre ellas, el ácido salicílico- que tratarán de impedir que la infección se extienda”.

Planta con estrés vegetal

Los resultados obtenidos por parte de las investigadoras son muchos, según Carmen “en Arabidopsis y algunos en vid (relación entre número de estomas y comportamiento fisiológico, y conocemos algunos genes importantes para el proceso), y estamos empezando a realizar experimentos en tomate. No están siendo buenos tiempos para la investigación en España: poco dinero, pocos incentivos y pocos investigadores. Nuestro grupo tiene actualmente financiación nacional y autonómica, pero nuestros equipamientos científicos e infraestructuras básicas (equipos electrógenos y acondicionadores de aire de los edificios) empiezan a limitar lo que podemos hacer”.

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