Las plantas de arroz evolucionaron para adaptarse a las inundaciones

Algunas variedades de arroz conocidas como de aguas profundas y que crecen especialmente en Asia han evolucionado genéticamente para garantizar su propia supervivencia, reveló un reciente estudio internacional. Es así como crecen normalmente en aguas poco profundas, pero cuando se producen fuertes inundaciones aumentan su altura de acuerdo con el incremento del nivel del agua. Eso les permite soportar las largas crecidas que son frecuentes en esa región.

Aunque el agua es esencial para el crecimiento de las plantas, cantidades excesivas pueden anegar y matar una planta. En el sur y sudeste de Asia, donde se producen inundaciones periódicas durante la temporada de lluvias, la profundidad del agua puede alcanzar varios metros durante muchos meses.

Las variedades de arroz conocidas como “arroz de aguas profundas” han desarrollado una estrategia única para garantizar su propia supervivencia. El arroz de aguas profundas crece normalmente en aguas poco profundas, pero en las fuertes inundaciones aumenta su altura de acuerdo con el aumento del nivel del agua, para permitir a las plantas soportar largas inundaciones.

Cambios morfológicos temporales del arroz en condiciones de aguas profundas. Crédito: Takeshi Kuroha, Keisuke Nagai y Motoyuki Ashikari

 

Un equipo de investigación formado por Takeshi Kuroha en la Universidad de Tohoku, Motoyuki Ashikari en la Universidad de Nagoya, Susan R. McCouch en la Universidad de Cornell y colegas en Japón y Estados Unidos, descubrieron un gen en el arroz que es crítico para su supervivencia en condiciones de inundación. También han arrojado luz sobre su función molecular y su historia evolutiva.

El grupo de investigación identificó el gen SD1 (SEMIDWARF1), como un gen clave responsable de la respuesta del arroz en aguas profundas. El SD1 codifica una enzima de biosíntesis de giberelina, una hormona vegetal. El gen orquesta la respuesta del arroz en aguas profundas a través de un único alelo de ganancia de función. Cuando está sumergido, el arroz acumula etileno, una hormona vegetal gaseosa. El arroz de aguas profundas amplifica un retransmisor de señalización en el que el gen SD1 se activa transcripcionalmente por un factor de transcripción sensible al etileno, OsEIL1a.

Mecanismo molecular en arroz de aguas profundas.

 

La proteína SD1 resultante dirige una mayor síntesis de giberelinas, principalmente una de las especies de giberelinas, GA4, que promueven el crecimiento vertical en la planta. Un análisis más detallado reveló que esta variación funcional condicional evolucionó primero en un ancestro silvestre y luego fue un objetivo de selección durante la domesticación de arroz cultivado adaptado a ambientes de aguas profundas en Bangladesh.

El gen SD1 es conocido como el gen de la Revolución Verde en el arroz, donde un alelo de pérdida de función de SD1 confiere una altura corta de la planta, brinda resistencia al acame y aumenta el índice de cosecha, generando mayores rendimientos de grano bajo sistemas agrícolas de alto insumo (Figura 3 a la izquierda).

El gen SD1 permite que la planta se adapte a diferentes entornos. Crédito: Takeshi Kuroha, Keisuke Nagai y Motoyuki Ashikari

 

Un alelo transcripcional de ganancia de función del mismo gen permite que el arroz en aguas profundas se adapte a la inundación a través de la respuesta fenotípica opuesta: un aumento en la altura de la planta. La capacidad de SD1 para desempeñar funciones tan diversas en el arroz cultivado pone de relieve la plasticidad inherente de la respuesta de la planta a su entorno.

“Los fenómenos meteorológicos extremos causados ​​por el cambio climático podrían afectar la producción de alimentos en todo el mundo”, dijo Kuroha. “Los agricultores necesitarán diversificar sus métodos y la variación genética críptica que se encuentra en los genes del arroz silvestre puede ofrecer soluciones adaptativas para cultivos resistentes y crecientes”.