Enviando las algas al espacio para investigar el funcionamiento de plantas en ambientes extremos

Como resultado de enviar algunas algas al espacio, un científico del Servicio de Investigación Agrícola (ARS) estadounidense y sus colegas podrán estudiar algunos de los mecanismos que controlan la fotosíntesis y el crecimiento de plantas.

El trabajo del fisiólogo de plantas Autar Mattoo con el ARS es parte de un proyecto internacional patrocinado principalmente por la Agencia Europea del Espacio para mejorar los mecanismos de fotosíntesis de cultivos para que puedan producir rendimientos más altos y crecer en ambientes extremos. Mattoo trabaja en el Laboratorio de Sistemas Sostenibles de Agricultura mantenido por el ARS en Beltsville, Maryland.

ARS es la agencia principal de investigaciones científicas del Departamento de Agricultura de EE.UU. (USDA por sus siglas en inglés), y esta investigación apoya la prioridad del USDA de promover la seguridad alimentaria internacional.

Durante la fotosíntesis, una combinación de proteína y pigmento conocida como 'Photosystem II' (Fotosistema II, o PS II por sus siglas en inglés) requiere reparaciones continuas para mitigar los daños causados por la luz del sol y la radiación ultravioleta. Como parte del proceso de reparaciones, una proteína llamada D1 se reemplaza continuamente. Unos estudios han demostrado que ciertas mutaciones de la proteína D1 en el complejo PSII pueden aumentar o disminuir la actividad de la fotosíntesis.

Los investigadores querían evaluar los efectos de la microgravedad, los rayos cósmicos, las partículas de alta energía, y la radiación ionizante del espacio en el complejo PS II, la fotosíntesis, y el crecimiento de plantas. También querían ver si los efectos podrían ser diferentes en la alga (usada como un modelo sencillo para la fotosíntesis) con versiones alteradas del gen D1. 

Los investigadores pusieron muestras de la alga Chlamydomonas reinhardtii en cámaras herméticas y las proveyeron para su transporte en un cohete ruso Soyuz lanzado desde Kazajstán, a bordo de la cápsula Foton-M2. La C. reinhardtii, la cual se usa frecuentemente como un modelo para estudios de fotosíntesis, pasó 15 días en órbita y allí recibió dosis de radiación cósmica bajo condiciones de luz y temperatura que sí aseguran el crecimiento de las algas en la Tierra. También lanzaron cuatro mutantes de C. reinhardtii que tenían modificaciones en el gen de la proteína D1.

Los investigadores descubrieron que algún aspecto del ambiente en el espacio inhibió la capacidad de la C. reinhardtii no alterada, y de dos de los cuatro mutantes, de fotosintetizar y crecer ambos en el espacio y después a su regreso a la Tierra. Sin embargo, dos de los otros mutantes crecen bien, ambos en el espacio y después a su regreso a la Tierra. 


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La posibilidad de rendimientos más altos de patatas como resultado del cambio climático

Resultados de estudios por científicos del Servicio de Investigación Agrícola (ARS) estadounidense sugieren que las plantas de patata podrían producir rendimientos más altos ante el cambio climático.

El ingeniero agrícola David Fleisher y sus colegas con el ARS realizaron estudios para medir la respuesta de las plantas de patata a los niveles elevados del dióxido de carbono atmosférico y las patrones cada vez más variables de precipitación como resultado del cambio climático. ARS es la agencia principal de investigaciones científicas del Departamento de Agricultura de EE.UU. (USDA por sus siglas en inglés), y esta investigación apoya la prioridad del USDA de responder al cambio climático global.

El grupo realizó dos estudios en cámaras de crecimiento al aire libre para evaluar los efectos de ciclos de sequía a corto plazo en los niveles actuales del dióxido de carbono y en niveles elevados. Los estudios se realizaron con cámaras que proveyeron un control preciso de los niveles del dióxido de carbono, la temperatura del aire, el riego y la humedad. Los cámaras tuvieron sensores que midieron la temperatura del aire, del suelo y del dosel de las plantas, la humedad relativa, y la radiación solar por encima y por debajo del dosel de las plantas.

La cantidad de la radiación solar en el primer estudio fue casi dos veces la cantidad en el segundo estudio. Los dos diferentes períodos de los estudios permitieron a los científicos evaluar el impacto en las plantas como resultado de variaciones de los períodos de sequía. En ambos estudios, los investigadores aplicaron ciclos de 11 días de sequía antes de la formación de los tubérculos y aproximadamente 10 días después del comienzo de la formación de los tubérculos.

Los investigadores observaron diferencias significativas en la respuesta de las plantas. Ellos atribuyeron estas diferencias a la variación en la radiación solar, la cual por su parte afectó a la eficacia de utilización de agua por las plantas y la producción de materia seca. Si todos los otros factores fueron iguales, las plantas en el primer estudio tuvieron un aumento del 200 por ciento en la producción total de materia seca, dependiendo de los niveles de dióxido de carbono y la disponibilidad de agua.


El grupo también notó que los ciclos de sequía causaron niveles reducidos de producción de materia seca y del área de las hojas. Ellos concluyeron que el estrés de sequía antes de la formación de los tubérculos probablemente aumentó la entrega en el futuro del carbono, el agua y los nutrientes a los tubérculos en vez de a los tallos y las hojas, y esta reacción aumentó bajo los niveles elevados del dióxido de carbono. Cuando se determina el promedio de todos los tratamientos de sequía, los rendimientos de patatas de las plantas que crecieron bajo los niveles elevados de dióxido de carbono superaron por hasta el 60 por ciento los rendimientos de plantas que crecieron bajo los niveles actuales de dióxido de carbono.


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Un vegetal que se ha apropiado de mucho y muy distinto ADN ajeno

La Amborella trichopoda, una planta que crece sólo en una remota isla del Pacífico Sur, es la única especie en su familia y género. También es una de las más antiguas plantas con flores, cuya bifurcación evolutiva con respecto al resto se produjo hace unos 200 millones años.

Ahora, el equipo de Jeffrey D. Palmer, de la Universidad de Indiana en la ciudad estadounidense de Bloomington, ha documentado una notable expansión del genoma de las estructuras críticas para la generación de energía de la planta. Sus mitocondrias, orgánulos productores de energía, en una demostración casi épica de transferencia horizontal de genes, han adquirido ADN de seis genomas distintos, uno de un musgo, tres de algas verdes y dos de otras plantas de flores.

La transferencia horizontal de genes es una forma poco habitual pero importante de transferencia de genes entre especies. Se produce cuando una porción de ADN de una especie se introduce en el de otra.

El nuevo y espectacular caso de transferencia horizontal de genes ahora documentado constituye la primera vez en que se comprueba que un orgánulo ha capturado genomas mitocondriales ajenos completos, y la investigación ofrece la primera descripción de una planta terrestre que adquiere genes de algas verdes.

El ADN que las mitocondrias de la Amborella absorbieron mediante la transferencia genética horizontal, y que han conservado hasta ahora, suma un total de al menos un millón de pares de bases, incrementando su genoma mitocondrial hasta el enorme tamaño de 3,9 millones de pares de bases, en marcado contraste con el genoma mitocondrial de una planta típica, cuyo tamaño es de alrededor de 500.000.

Los resultados de la investigación aportan evidencias a favor de la hipótesis de que las mitocondrias de las plantas pueden adquirir nuevos rasgos a través de la fusión con las mitocondrias de otras especies. En la Amborella, las mitocondrias tienen amplias oportunidades de entrar en contacto con las de otras plantas, por ejemplo, epifitas, plantas que crecen sobre otras plantas. Cuando sufren una herida, las Amborella a menudo activan un crecimiento rápido en el sitio afectado, lo que puede funcionar como una placa de Petri virtual para las mitocondrias de diferentes especies que entran en contacto directo unas con otras. Esto, junto con una baja tasa de pérdida de genes mitocondriales con el paso del tiempo, ha permitido una enorme acumulación de ADN mitocondrial ajeno en la Amborella.


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Obtienen trigo orgánico con más del 13'5% de proteínas

La emprendedora Susana Espinosa Mayorga fundó hace tres años la empresa “Ost Gourmet”, con el propósito de producir una comida saludable, nutritiva y de rápida preparación; quería hacer y vender pasta de trigo orgánico pero este no se producía en México.

Tampoco existía un proyecto para cosecharlo de forma sustentable u orgánica, por lo que tenía dos opciones: importarlo o comenzar a sembrarlo; optaron por lo segundo. Susana y otros emprendedores de Guanajuato lo cosecharon y obtuvieron un grano con un 13.5 por ciento más de proteínas frente al sembrado de manera tradicional. Las proteínas aportan elementos necesarios para la construcción y reparación de tejidos del cuerpo.


Con el grano orgánico “Ost Gourmet” comenzó a elaborar pastas para preparar lasagna, tagliatele y fettuccine -incluso esta última la acompaña con amaranto-, y ya están a la venta en paquete para cuatro personas, son de rápida preparación y nutritivas.

El proyecto se llevó a cabo con el apoyo del Fondo Mixto Conacyt-Gobierno del Estado de Guanajuato. Con ello, implementaron el proceso que consiste en usar recursos naturales; a través de composta y humus que son los restos de hojas, estiércol y todo tipo de material orgánico enriquecieron la tierra y obtuvieron trigo como fuente natural de vitamina E, B, ácido fólico y fibra, que aportan antioxidantes, ayudan al metabolismo y refuerzan al sistema inmune.

A fin de no perder los nutrientes muelen el trigo orgánico de manera artesanal con un molino de piedra y obtienen diversas pastas de fácil preparación estilo comida rápida, pero saludable y nutritiva.


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