Un equipo de científicos dirigido por el Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía descubrió el gen específico que controla una importante relación simbiótica entre las plantas y los hongos del suelo, y facilitó con éxito la simbiosis en una planta que normalmente lo resiste. El descubrimiento podría conducir al desarrollo de bioenergía y cultivos alimentarios que puedan soportar condiciones de cultivo duras, resistir patógenos y plagas, requerir menos fertilizantes químicos y producir plantas más grandes y abundantes por acre.
En los últimos años, los científicos han desarrollado una comprensión más profunda de la compleja relación que tienen las plantas con los hongos micorrízicos. Cuando se unen, los hongos forman una vaina alrededor de las raíces de las plantas con notables beneficios. La estructura del hongo se extiende lejos de la planta huésped, lo que aumenta la absorción de nutrientes e incluso se comunica con otras plantas para "advertir" sobre la propagación de patógenos y plagas. A cambio, las plantas le dan carbono al hongo, lo que fomenta su crecimiento.
Se cree que estas simbiosis de micorrizas apoyaron la antigua colonización de la tierra por las plantas, lo que permitió ecosistemas exitosos como vastos bosques y praderas. Se estima que el 80 % de las especies de plantas tienen hongos micorrízicos asociados con sus raíces.
“Si podemos entender el mecanismo molecular que controla la relación entre las plantas y los hongos beneficiosos, entonces podemos comenzar a usar esta simbiosis para adquirir condiciones específicas en las plantas, como la resistencia a la sequía, los patógenos, la mejora de la absorción de nitrógeno y nutrición, y más”, dijo ORNL. genetista molecular Jessy Labbe. "Las plantas resultantes crecerían más y necesitarían menos agua y fertilizante, por ejemplo".
Encontrar los desencadenantes genéticos en una planta que permitan que ocurra la simbiosis ha sido uno de los temas más desafiantes en el campo de las plantas. El descubrimiento, descrito en Nature Plants , surgió después de 10 años de investigación en ORNL e instituciones asociadas que exploraron formas de producir mejores cultivos de materia prima bioenergética como Populus , o el álamo. El trabajo se logró mediante mejoras durante la última década en secuenciación genómica, genética cuantitativa y computación de alto rendimiento, combinadas con biología experimental.
Los científicos estaban estudiando la simbiosis formada por ciertas especies de Populus y el hongo Laccaria bicolor (L. bicolor) . Para reducir bajar la búsqueda a una proteína receptora particular, PtLecRLK1. Una vez que identificaron el posible gen candidato, los investigadores fueron al laboratorio para validar sus hallazgos.
Los investigadores eligieron Arabidopsis , una planta que tradicionalmente no interactúa con el hongo L. bicolor , e incluso lo considera una amenaza, para sus experimentos. Crearon una versión modificada de la planta que expresa la proteína PtLecRLK1 y luego inocularon las plantas con el hongo. El hongo L. bicolor envolvió completamente las puntas de las raíces de la planta, formando una vaina fúngica indicativa de la formación de simbiontes.
"Demostramos que podemos convertir un no huésped en un huésped de este simbionte", dijo Wellington Muchero, genetista cuantitativo de ORNL. “Si podemos hacer Arabidopsis interactúan con este hongo, entonces creemos que podemos hacer que otros cultivos de biocombustibles como el pasto aguja o cultivos alimentarios como el maíz también interactúen y otorguen exactamente los mismos beneficios. Abre todo tipo de oportunidades en diversos sistemas de plantas. Sorprendentemente, un gen es todo lo que necesitas”.
“Este es un logro notable que podría conducir al desarrollo de cultivos bioenergéticos con la capacidad de sobrevivir y prosperar en tierras marginales no agrícolas”, dijo el director de CBI, Jerry Tuskan. “Podríamos apuntar hasta 20-40 millones de acres de tierra marginal con cultivos bioenergéticos resistentes que necesitan menos agua, impulsando las perspectivas de economías rurales de base biológica exitosas que suministren alternativas sostenibles para la gasolina y las materias primas industriales”.
