martes, 28 de marzo de 2017

Las “plantas de la resurrección”, el futuro de los cultivos superresistentes a la sequía

Existen unas 135 especies llamadas “plantas de la resurrección” que producen tanto semillas como tejidos tolerantes a la sequía. Pero, curiosamente, ninguna de estas especies tiene importancia para la alimentación humana. Los cultivos con mayor importancia para la seguridad alimentaria a nivel mundial, como el maíz, el trigo o el arroz, son muy sensibles a la sequía, a pesar de que sus semillas son muy resistentes (soportando una reducción de hasta el 1-5% de su contenido en agua, sin perder viabilidad). Esto hace pensar que estos cultivos tan importantes tienen que tener genes que resistan el bajo contenido en agua, pero que solamente se expresen en la semilla.



El hecho que los principales cultivos que alimentan a la población mundial no sean muy resistentes de la sequía, unidos con el inminente cambio climático que reducirá la disponibilidad de agua a nivel mundial, es uno de los problemas de nuestra generación así como de las generaciones venideras.
Por ello, una parte importante de la comunidad científica y agrícola está investigando nuevas estrategias para adaptarse a la reducción del agua disponible para los cultivos.
En este contexto, un grupo de científicos de universidades sudafricanas, holandesas, alemanas y estadounidenses acaban de publicar un artículo en la prestigiosa revista científica Nature Plants, en el cual exponen el descubrimiento de nuevos genes con una gran potencial de generar resistencia a sequía en la planta Xerophyta viscosa (imagen inferior).


¿Cómo lo han hecho?

Estudiaron una de las plantas de la resurrección que crece en la provincia de Mpumalanga en Sudáfrica llamada Xerophyta viscosa (perteneciente a la familia Velloziaceae). Esta planta tiene la capacidad de sobrevivir después de 25 días deshidratada tras quedarse en menos del 5% de residuo seco. Una vez vuelve a regarse, en solamente 5 días vuelve a estar totalmente verde, tal y como podéis ver en el vídeo de este link.
Una vez seleccionaron las plantas, extrajeron su ADN y lo secuenciaron mediante dos técnicas distintas (Illumina y PacBio). Consiguieron ensamblar el genoma completo combinando la información de ambas técnicas (23 Gigabases mediante Illumina y 17.5 Gigabases mediante PacBio).
Una vez obtuvieron todos los genes existentes en la planta, estudiaron los que podían tener relación con su resistencia a la sequía. Existen clusters o grupos de genes que están muy próximos entre sí y que han demostrado en estudios anteriores que pueden aportar resistencia a sequía. Estos grupos se llaman ARIds (de sus siglas en inglés “islas de genes relacionados con la Anhidrobiosis") o CoDAGs (de sus siglas en inglés "clusters de genes asociados con la desecación"). Los investigadores estudiaron estos tipos de clusters como una fuente de genes para en un futuro cruzarlos con cultivos relacionados con la alimentación y así poder generar cultivos resistentes a la sequía.
Además de estos tipos de genes, estudiaron las proteínas LEA, que se consideran que tienen importancia en la respuesta a la salinidad o las heladas, otros grandes problemas de la agricultura a nivel mundial.
Por otra parte, estudiaron cómo se expresaban estos genes en las diferentes etapas en las cuales la planta empezaba a sufrir la sequía y cuando se rehidrataba. 

Conclusiones 

Gracias al estudio de la planta de la resurrección más resistente a la sequía (según los autores del artículo), se han descubierto una gran cantidad de genes relacionados con la sequía, la salinidad o las heladas. Esto ha supuesto un punto de inflexión en el estudio de genes de resistencia a sequía y con total seguridad hará que en el futuro se desarrollen cultivos que necesiten menos agua o, al menos, que aguanten mejor las temporadas de sequías sin reducción de su productividad.

La imagen de la Xerophyta viscosa ha sido realizada por Marco Schmidt.

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miércoles, 22 de marzo de 2017

Las hormigas, un importante aliado para ahorrar agua en los cultivos

En ambientes semiáridos la evaporación del suelo puede suponer unas pérdidas del 30 % del agua. Uno de los objetivos de la agricultura es reducir estas pérdidas al mínimo, especialmente en los climas en los cuales el agua supone un recurso limitado. Una de las técnicas utilizadas habitualmente es cubrir el suelo con diferentes materiales para reducir el intercambio de vapor de agua entre el suelo y la atmósfera. Estos materiales pueden ser arena, guijarros o incluso materiales orgánicos. Sin embargo puede que la solución haya estado siempre en la naturaleza pero no nos hayamos dado cuenta hasta ahora. 
Las hormigas representan la mitad de la biomasa mundial de insectos, siendo vitales en la mayoría de los ecosistemas del planeta. Como “ingenieros de los ecosistemas” crean colonias organizadas, creando abundantes macroporos, galerías y nidos en el suelo, lo que ayuda a la estructuración de los suelos. Hasta la fecha se conocía la importancia de las hormigas en el movimiento de agua en el suelo, pero investigadores chinos de las Universidades de Beijing y Yangling acaban de descubrir que la importancia de las hormigas va mucho más allá, reduciendo la evaporación del agua del suelo.

¿Cómo lo han hecho?

Han estudiado la influencia de un tipo de hormiga, Camponotus japonicus en la evaporación del suelo y en su temperatura. Este tipo de hormiga  tiene un cuerpo bastante grande (10-12 mm de largo) con unas grandes mandíbulas, lo que las permite formar grandes agregados de suelo (alrededor de 1.6 mm de diámetro) y por tanto movilizar más cantidad de suelo. Concretamente, prestaron especial atención a la capa de mantillo que forman las hormigas alrededor de la entrada del hormiguero (se llama mantillo a la capa superior del suelo formada principalmente por materia orgánica en descomposición y que es muy importante para la fertilidad de los suelos, lo puedes ver en la foto  inferior).

Realizaron una serie de experimentos usando macetas de 20 cm x 20 cm, con unos 7 kilogramos de suelo, con diferentes densidades de población de hormigas y con diferentes materiales. Con varios instrumentos electrónicos midieron la evapotranspiración del suelo así como su temperatura.  En primer lugar observaron que a más densidad poblacional de hormigas, mayor era la capa de mantillo que cubría el suelo. Observaron que cuando esta capa de mantillo era más gruesa, el suelo conservaba mejor el agua, incluso más en los días más soleados. Además se observaron efectos muy beneficiosos en la temperatura del suelo, sirviendo de amortiguador de ésta.  Este efecto beneficioso desapareció cuando este mantillo producido por las hormigas se desintegró.

Conclusiones

En este artículo se destaca el efecto beneficioso de las hormigas en los cultivos, especialmente en su papel como agente mejorador de los suelos. Aunque aún hace falta estudiar más los efectos de las diferentes especies de hormigas en los diferentes cultivos, así como en las diferentes plagas (como en otro estudio muy interesante en manzano que podéis leer en este link), lo que está claro es que no podemos dejar de lado una parte tan importante de los ecosistemas mundiales. Las hormigas no sólo son insectos vitales para la vida en el planeta, sino que, bien gestionadas, llegarán a ser una herramienta importantísima en el camino de una agricultura sostenible y respetuosa con el medio ambiente.
El artículo completo lo podéis leer en este link.

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miércoles, 15 de marzo de 2017

Plantas electrónicas vivas, o e-Plants, un futuro no tan lejano

Hace mucho tiempo que circula por las redes la bonita frase: “Imagínate que los árboles dieran WiFi, todo el mundo plantaría árboles como locos y acabaríamos con la deforestación. Es una lástima que sólo produzcan el oxígeno que respiramos…”.  Pues puede que esto no sea tan descarado, parece que las plantas electrónicas serán una realidad en un futuro no tan lejano. 

Las plantas electrónicas, o e-Plantas, o e-Plants, se definen como “plataformas bioelectrónicas orgánicas que permiten interactuar electrónicamente con plantas vivas”. Aunque parezca ciencia ficción (más propio de una serie de televisión como Black Mirror), poco a poco se van desarrollando tecnologías que permitirán en un futuro cambiar todos los conceptos de comunicación. La idea es crear dispositivos electrónicos y circuitos vivos, que utilicen las plantas y sus sistemas vasculares como “plantilla”, de esta forma se podría conseguir ventajas inimaginables hasta ahora, como dispositivos electrónicos que crezcan o se reparen solos o que no tengan ningún residuo para el medio ambiente.

En este sentido, un grupo de científicos de Suecia acaban de publicar un artículo en la prestigiosa revista PNAS en el que muestran los avances que han realizado en la materia.
En este artículo demuestran cómo han conseguido un material ( “oligómero”)  que puede ser distribuido y sintetizado por una especie de rosa (Rosa floribunda) formando largos polímeros  a lo largo de todo el tejido vascular de la hoja, es decir “de su cuerpo”. Lo que significa esto es que han conseguido que se forme una especie de circuito electrónico con “cables” a lo largo de todo el “cuerpo de la rosa”.  No solamente esto, sino que además han conseguido que estos “cables” entren en el espacio apoplástico de las hojas (el espacio entre una célula vegetal y otra). Esto supone un avance para conseguir transmitir la energía de la planta a dispositivos electrónicos integrados, haciéndolos así autónomos respecto a  la energía externa.

¿Cómo lo han hecho?

Lo primero que hicieron fue buscar una sustancia soluble en el agua que se distribuyera sin problemas dentro de la planta sin que la hiciera ningún daño.
Después de diseñar varios materiales han utilizado varias sustancias químicas llamada PEDOT-S  ( de la abreviación de alkoxysulfonate-functionalized poly(3,4ethylenedioxythiophene)), por favor, sin bromas sobre la desafortunada abreviatura y otra variación llamada ETE-S .  Esta sustancia  es capaz de organizarse dentro del  Xilema de la planta, lo que sería como las “venas de las pantas”. Gracias a que tiene un muy bajo potencial oxidante para la planta y a su bajo tamaño molecular puede introducirse a lo largo de todos los tejidos de la planta, formando una red de “cables”. La introducción de esta sustancia fue muy simple, simplemente la disolvieron en agua y pusieron las rosas cortadas en esta agua, transportándose de forma natural por toda la planta a las 24 horas.
Mediante diferentes técnicas como microscopía y cromatografía líquida comprobaron la eficacia de esta red de “cables” a lo largo de la planta. Además hicieron un circuito muy sencillo para comprobar el potencial que tendría este sistema para, en un futuro poder alimentar dispositivos autónomos más complejos.  Aunque el dispositivo era muy sencillo, con una longitud de 1.7 centímetros, consiguieron una diferencia en la corriente eléctrica, consiguiendo demostrar que este “cableado” natural podría ser factible en el futuro.

Conclusiones

Aunque aún está lejos de ser una tecnología aplicable a la vida real, este artículo ha demostrado que es posible desarrollar un concepto cómo e-plants. Esto tendría unas aplicaciones inimaginables hoy en día, pero que seguro que algún día veremos, y de las cuales nos beneficiaremos en un futuro próximo.

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lunes, 6 de marzo de 2017

Demostrado que es posible reducir los pesticidas manteniendo el rendimiento de los cultivos


Conseguir alimentar a toda la creciente población mundial con una  agricultura sostenible medioamentalmente es uno de los retos más ambiciosos del siglo XXI. Para conseguirlo, será imprescindible reducir la aplicación de pesticidas peligrosos para el medio ambiente y para la salud humana.  Especialmente preocupante es la situación de los propios agricultores, que son los que están expuestos a dosis más altas de los productos químicos, y los que arriesgan su salud de forma más clara.

Los pesticidas químicos se pueden reducir adoptando nuevas técnicas de producción como la rotación de cultivos, el uso de variedades resistentes o el uso de productos biológicos o ecológicos. Pero mientras que se instauran estas medidas, es necesario resolver el debate sobre si es posible reducir la cantidad de pesticidas utilizados, y la única forma de hacerlo es mediante estudios científicos completos, objetivos y a gran escala, tal y como se ha realizado en el artículo que hablamos en esta entrada del blog.
Un grupo de investigadores franceses acaban de publicar en la prestigiosa revista científica “Nature Plants” un estudio en el que demuestran que un bajo uso de pesticidas casi nunca reduce la productividad y beneficio de los cultivos.

¿Cómo lo han hecho?

Han analizado la posible reducción del beneficio de los agricultores (como pérdidas por plagas, disminución de la producción...) al reducir el uso de pesticidas con datos procedentes de 946 explotaciones agrarias (ninguna era ecológica) en Francia, contrastando un amplio rango de niveles de pesticidas. El uso de pesticidas fue estudiado mediante sistemas informáticos basados en el llamado “índice de frecuencia de tratamientos” ( “TFI”, del inglés treatment frequency index ). Este indicador cuantifica el número de dosis aplicadas por cada unidad de área cultivada, promediado a través de la secuencia de cultivo. El TFI es la suma de cuatro componentes correspondientes al TFI de herbicidas,  TFI de insecticidas, TFI de insecticidas y TFI de otros componentes (molusquicidas, rodenticidas, etc.). 
En el 77% de los casos no existió ninguna reducción de la productividad al realizar un uso reducido de pesticidas.  Estimaron que el uso total de pesticidas podía ser reducido en un 42% sin ningún efecto negativo en la productividad ni sobre el beneficio final en el 59% de las explotaciones de la red francesa. Estos datos corresponden a una reducción del 37% de herbicidas, 47% de fungicidas, y 60% de insecticidas. De hecho, la reducción de pesticidas es más viable en las explotaciones con un mayor uso de químicos.

Conclusiones.

Los resultados demostraron que la reducción de pesticidas ya es posible en la gran mayoría de las situaciones productivas. Estos resultados deberían ayudar a concienciar a los agricultores, asesores agrícolas, a la administración pública y a los productores de fitosanitarios de que se están aplicando más productos fitosanitarios de lo realmente necesario. 
Aunque sea demasiado complicado (si no demasiado idealista) implantar a nivel mundial una agricultura 100% ecológica,   una agricultura sostenible medioambientalmente no solamente es posible sino que es necesaria. Si no lo hacemos por el medio ambiente, al menos hagámoslo por puro egoísmo pensando en nuestra salud y el de nuestros hijos.

El artículo completo lo pueden leer en este link.
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miércoles, 1 de marzo de 2017

Hongos que se alían con bacterias para atacar a los tomates

Todos nosotros estamos rodeados de más bacterias de las que creemos, de hecho se da la curiosidad que en nuestro propio cuerpo tenemos 10 veces más células que no son nuestras de las que son nuestras. Esto es así porque especialmente en nuestro intestino y en nuestra piel tenemos millones y millones de células bacterianas (más de 1.000.000.000.000.000 bacterias), obviamente no lo vemos porque las células humanas son mucho más grandes. Pero las bacterias son capaces  introducirse en “cuerpos” ajenos de todo tipo de seres vivos para aportarles algún tipo de beneficio. Muy conocido es el caso de las bacterias del género “Rhizobium”, que ayuda a las plantas leguminosas a fijar nitrógeno de la atmósfera y “dárselo” a la planta gracias a que se introducen en el interior de las raíces.
Cada día se están descubriendo más y más de estas relaciones entre bacterias y otro ser vivos. Especialmente interesante es el caso de los hongos que “utilizan” bacterias “endosimbiontes” para tener “superpoderes” (es decir, gracias a que las bacterias se introducen en sus micelios, son capaces de adaptarse a ambientes o colonizar otros seres que antes no podían).
Este es el caso de la recientemente descubierta relación entre el hongo patógeno de tomate Rhizoctonia solani y la bacteria Enterobacter sp. Un grupo de científicos de Estados Unidos han descubierto cómo este hongo tan problemático para los productores de tomate (entre otros cultivos) necesita utilizar a la bacteria para provocar esta enfermedad fúngica que puede acabar destruyendo la planta.


En la imagen se puede ver el daño que causa este hongo junto con una imagen del hongo en el microscopio.

¿Cómo lo han hecho?

Este grupo de científicos está especializado en estudiar los hongos del género Rhizoctonia. Concretamente el hongo Rhizoctonia solani es la causa de la enfermedad llamada “marchitamiento fúngico” o “podredumbre” que afecta a muchos tipos de plantas, especialmente al tomate.
En primer lugar observaron que siempre que crecían el hongo in vitro recién aislado de la planta, aparecía un tipo de bacteria alrededor de sus hifas. Sin embargo, cuando pasaba cierto tiempo porque se traspasaba de una placa in vitro a otra, estas bacterias acababan desapareciendo. Por tanto, decidieron identificar esta bacteria y estudiar su importancia para el hongo, mediante la secuenciación de parte de su genoma.
Para ver la influencia que tenía esta bacteria en el poder de infección del hongo, inocularon el hongo con y sin la bacteria, y observaron cuanto enfermaban las plantas. Los resultados fueron realmente asombrosos, ¡los hongos sin la bacteria no era capaz de causar apenas enfermedad en la planta!, es decir, aunque el hongo es el causante directo de la enfermedad, éste no es capaz de superar las defensas de la planta y provocar la enfermedad sin la ayuda de la bacteria.

Conclusiones.

Este artículo abre una nueva forma de enfrentar a las enfermedades fúngicas tanto de las plantas como humanas. Hasta ahora se investigaban los hongos patógenos teniendo en cuenta únicamente el hongo y la planta, pero cada día se está viendo más y más que no podemos aislar del ambiente a las enfermedades, sino que seguramente en la mayoría de las enfermedades hay muchos microorganismos que afectan en mayor o menor medida. Esto nos abre un mundo de posibilidades para desarrollar nuevas estrategias para luchar contra enfermedades, teniendo en cuenta no solamente el microorganismo conocido como causante principal de la enfermedad, sino todos los posibles microorganismos “accesorios” que pueden llegar a ser tan importantes como el principal.

El artículo completo se puede leer en este link

LA imagen es un montaje de dos imágenes realizadas por David B. Langston, University of Georgia, Bugwood.org y Tashkoskip (Own work) [CC BY-SA 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], via Wikimedia Commons
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