‘Patrones en el ruido’ podrían predecir cómo funcionan los cultivos

Una nueva investigación identifica patrones claros en cómo las plantas reaccionan a diferentes ambientes, lo que podría conducir a nuevas formas de predecir el rendimiento de los cultivos.

La investigación se centra en el tiempo de floración en sorgo, una planta de cereales cultivada en todo el mundo, pero los resultados podrían tener implicaciones para casi todos los cultivos, dice Jianming Yu, profesor de agronomía y presidente de cría de maíz en la Universidad Estatal de Iowa.

El estudio, que aparece en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, se centra en la plasticidad fenotípica, o la forma en que los rasgos de las plantas responden a los factores ambientales.

Yu y su equipo de investigación reunieron datos sobre plantas de sorgo en sitios de Iowa, Kansas y Puerto Rico entre 2010 y 2016. Registraron el tiempo de floración, o cuándo y durante cuánto tiempo florecen las plantas, y comenzaron a buscar patrones en los datos.

“Queremos entrar en los zapatos de la planta para ver cómo toman la decisión de cuándo florecer”, dice Xianran Li, profesor adjunto de agronomía y coautor del estudio.

Las tres regiones geográficas en el estudio presentaron una amplia gama de condiciones ambientales, y, al principio, los datos no presentaron patrones obvios, dice. Pero cuando los investigadores se centraron en el “tiempo fototérmico”, una ventana de tiempo que es crucial para el desarrollo de una planta cuando procesa las señales ambientales de la luz solar y la temperatura, todo encajó en su lugar.

El equipo desarrolló este índice ambiental basado en las condiciones fototérmicas y los resultados de la planta y estableció un marco para la predicción del rendimiento del genoma completo y el descubrimiento de genes. Al ver el tiempo de floración del sorgo a través de esta lente fototérmica, surgieron distintos patrones que se aplicaron a las plantas independientemente de la región de crecimiento.

“No solo el rendimiento general y su predicción, esto representa un marco elegante en el que los científicos pueden comprender mejor la intrincada dinámica de los efectos de los genes, los altibajos, a lo largo de este gradiente ambiental”, dice Yu.

“Empezamos a ver patrones en el ruido”, dice Tingting Guo, investigador postdoctoral asociado y coautor del estudio. “En cualquier entorno, si tengo este índice fototérmico, puedo usar las curvas de rendimiento existentes para predecir el rendimiento futuro. Es un marco estandarizado para hacer predicciones “.

El equipo está llevando a cabo más investigaciones para ampliar este marco unificado a otros cultivos y otros rasgos, como el rendimiento o la resistencia al estrés, que podrían permitir a los agricultores y mejoradores de plantas hacer predicciones más precisas sobre cómo las plantas funcionarán en nuevos entornos o en condiciones ambientales desconocidas .

Este método también puede ayudar a los investigadores a hacer frente a las incógnitas que acompañan a la plasticidad, o la forma en que las plantas con genética idéntica funcionan de forma diferente cuando se exponen a diferentes condiciones.

“Esto convierte ese desafío en una oportunidad”, dice Yu. “Nos da un lugar para comenzar cuando hacemos predicciones con muchas incógnitas involucradas”.

El financiamiento para la investigación provino del Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura de USDA, la National Science Foundation, el Kansas State University Center for Sorghum Improvement, el Iowa State Raymond F. Baker Center for Plant Breeding y el Iowa State Plant Sciences Institute.

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