Descubren el mecanismo que triplica la producción de las plantas de sorgo y que podría aplicarse al maíz, al trigo o al arroz

Al igual que muchos cultivos de cereales, los granos de sorgo se producen en racimos de flores que se desarrollan a partir de una estructura ramificada en la parte superior de la planta llamada panícula. Cada panícula puede producir cientos de flores, entre las qje hay dos tipos de flores, una conocida como la espiguilla sésil (SS), que es fértil y produce semillas, y otro, llamado espiguillas pediceladas (PS), que no produce semillas.

Sin embargo, en una investigación publicada en Nature Communications, se señala que los científicos del Laboratorio Cold Spring Harbor (CSHL) han descubierto cómo un cambio genético que ha experimentado la planta puede triplicar la cantidad de grano producido por una planta de sorgo, al disminuir el nivel de una hormona clave, lo que le permitirá generar más flores y más semillas. Su descubrimiento apunta hacia una estrategia para aumentar significativamente el rendimiento de otros cultivos de grano, como el maíz, el trigo o el arroz, lo que supondría un cambio radical en el planteamiento actual de su producción y en las cosechas obtenidas.

Doreen Ware, profesora adjunta adjunta de CSHL y científica investigadora del Servicio de Investigación Agrícola (ARS) del USDA, ha sido quien dirigió la investigación, junto con su colega de ARS Zhanguo Xin. El estudio se centró en cepas de sorgo de alto rendimiento que se generaron hace varios años por el Dr. Xin.

Un cambio genético desconocido introducido a través de mutagénesis química, un método utilizado por criadores e investigadores durante muchas décadas para inducir variaciones genéticas en las plantas, había dado como resultado un aumento en el número de granos que cada planta produjo.

Normalmente, los granos de sorgo se producen en racimos de flores que se desarrollan a partir de una estructura elaboradamente ramificada en la parte superior de la planta llamada panícula. Cada panícula puede producir cientos de flores. Hay dos tipos de flores. En la planta que se encuentra en la naturaleza (a la izquierda en la foto adjunta), solo una de ellas, la espiguilla sésil (SS), es fértil. El otro tipo, las espiguillas pedicelares (PS), no producen semillas. En la versión nueva de la planta del Dr. Xin (a la derecha de la foto), las espiguillas sésiles y las pedicelares producen semillas, triplicando el número de grano de cada planta.

Ware y su equipo querían entender qué causó este cambio y, al secuenciar completamente los genomas de las plantas modificadas, encontraron que las mutaciones clave afectaban a un gen que regula la producción de hormonas. Las plantas portadoras de la mutación producen niveles anormalmente bajos de una hormona reguladora del desarrollo llamada ácido jasmónico, particularmente durante el desarrollo de la flor.

A través de experimentos posteriores, el equipo descubrió que el ácido jasmónico evita que las espiguillas pediceladas produzcan semillas. “Entonces, cuando la hormona vegetal es baja, tenemos semillas en cada una de las flores. Pero cuando la hormona vegetal es alta, tenemos un número reducido de flores fértiles, que terminan en un número reducido de semillas ", explica el Dr. Yinping Jiao, del laboratorio Ware, coautor del artículo.

Ahora que el equipo ha descubierto los cambios biológicos que triplican la producción de granos de sorgo, esperan aplicar la misma estrategia para aumentar la producción de granos en plantas relacionadas que son vitales en el suministro mundial de alimentos, como el arroz, el maíz y el trigo. El conocimiento ayudará a guiar el mejoramiento de los cultivos a través de las prácticas de reproducción tradicionales, así como los enfoques que aprovechan las tecnologías de edición del genoma, dice Ware.

El sorgo es una planta tolerante a la sequía, que constituye una fuente importante de alimentos para animales y materia prima para biocombustibles en muchas partes del mundo. En total, se cultivan en el planeta unos 60 millones de hectáreas de sorgo. Los cinco productores mayores a nivel internacional son los Estados Unidos (25 por ciento), la India (21,75 por ciento), México (casi el 11 por ciento), China (9 por ciento) y Nigeria (casi el 7 por ciento).

Cold Spring Harbor Laboratory fue fundado en 1890, y ha dado forma a la investigación biomédica contemporánea y la educación con programas en cáncer, neurociencia, biología de plantas y biología cuantitativa. El laboratorio privado, sin fines de lucro, que alberga a ocho ganadores del Premio Nobel, emplea a 1.100 personas, incluidos 600 científicos, estudiantes y técnicos, en sus campus en Long Island y en Suzhou, China.