Científicos Descubren Una Amenaza Oculta Para El Maíz

Maíz susceptible al ozono

Un nuevo estudio revela diferencias genéticas que influyen en cómo el maíz responde a concentraciones más altas de ozono a nivel del suelo. Crédito: Don Hamerman

Al igual que el metano atmosférico y el dióxido de carbono, el ozono a nivel del suelo está aumentando. Pero el ozono, un subproducto químico nocivo de la combustión de combustibles fósiles, ha recibido relativamente poca atención como una amenaza potencial para la agricultura del maíz.

Un nuevo estudio comienza a abordar este lapso al exponer un grupo genéticamente diverso de plantas de maíz en el campo a niveles futuros de ozono. El estudio, publicado en la revista Global Change Biology , encontró que algunos miembros del árbol genealógico del maíz son más susceptibles que otros a producir pérdidas bajo una alta contaminación del aire con ozono. Descubrir los fundamentos genéticos de esas diferencias podría ayudar a los científicos de plantas a desarrollar maíz resistente al ozono, dijeron los investigadores.

“El ozono ingresa a las plantas de la misma manera que lo hace el dióxido de carbono: se difunde de la atmósfera a la hoja”, dijo Lisa Ainsworth, científica del Departamento de Agricultura de EE. UU. Que dirigió la investigación con el profesor de biología vegetal de la Universidad de Illinois, Andrew Leakey; Universidad de Florida la profesora de genética molecular y microbiología Lauren McIntyre; y Patrick Brown, profesor de ciencias vegetales de la Universidad de California en Davis. Ainsworth y Leakey son afiliados del Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica y del departamento de ciencias de los cultivos en Illinois.

Lisa Ainsworth y Andrew Leakey

La científica del Departamento de Agricultura de EE. UU. Lisa Ainsworth, derecha, el profesor de biología vegetal de la U. de I. Andrew Leakey y sus colegas encontraron variaciones genéticas en la forma en que las plantas de maíz responden a la contaminación por ozono. La descendencia de algunas líneas genéticas sufre mayores pérdidas de rendimiento que otras cuando se expone a niveles elevados de ozono en el campo. Crédito: L. Brian Stauffer

El dióxido de carbono es un nutriente para las plantas, dijo Ainsworth. “Todo el carbono que termina en el grano pasa primero por la hoja”, dijo. Pero el ozono es una molécula altamente reactiva que daña los tejidos biológicos y perjudica la captura de carbono fotosintético en las hojas de las plantas.

“Básicamente, el ozono acelera el envejecimiento de la hoja”, dijo Leakey.

Incluso los niveles de fondo de ozono causan algún daño, dijo Ainsworth. “Nuestra investigación sugiere que los niveles actuales de ozono reducen la producción de maíz hasta en un 10%”, dijo. “Eso es tanto como la sequía o las inundaciones o cualquier plaga o enfermedad, pero este es un componente relativamente poco estudiado de la pérdida de rendimiento en los EE. UU.”

Los investigadores utilizaron la instalación de enriquecimiento de concentración de aire libre en la U. de I. para rastrear las consecuencias en el mundo real de niveles más altos de ozono atmosférico en un campo agrícola. La instalación FACE utiliza un sofisticado sistema de emisión que monitorea la dirección y velocidad del viento para dosificar un campo con niveles específicos de una variedad de gases, incluido el ozono.

“El nivel al que estamos fumigando en este estudio es un nivel que se encuentra comúnmente hoy en día en China e India”, dijo Ainsworth. “Por lo tanto, no es excesivamente alto, a pesar de que estamos usando una concentración que es 2 1/2 veces el nivel de ozono de fondo en el centro de Illinois”.

Midiendo la fotosíntesis

Los investigadores evalúan los rasgos fotosintéticos del maíz expuesto a altos niveles de ozono. En este experimento, un investigador mide la velocidad a la que se produce el intercambio de gases en una hoja de maíz. Crédito: L. Brian Stauffer

Los investigadores plantaron 45 plantas de maíz híbrido que representan todos los tipos principales de maíz (palomitas de maíz, maíz de escoba, abolladura, pedernal y otros) para buscar variaciones en sus respuestas a los altos niveles de ozono. Descubrieron que algunos híbridos eran más sensibles al estrés por ozono que otros.

“Encontramos dos líneas de maíz cuya descendencia era más sensible a la contaminación por ozono, independientemente de con qué otros tipos de maíz los criamos”, dijo Leakey. “Sus deficiencias genéticas se manifestaron de diferentes formas cuando se exponen a las condiciones de alto ozono”.

La genética del maíz comercial es un secreto comercial, por lo que “no sabemos si estas variedades de maíz tienen los mismos talones de Aquiles”, dijo Leakey. “Los criadores no conocerían estas diferencias, ya que no son evidentes en condiciones de aire limpio”.

Se necesitarán más análisis genéticos y más experimentos como los realizados en las instalaciones de FACE para determinar cómo responderán las plantas de hoy a las condiciones futuras, dijo Leakey.

“Es importante comprender cómo las plantas van a responder al cambio climático antes de que cambie el clima”, dijo. “Esa es la única forma en que podemos encontrar las soluciones que serán necesarias en el futuro”.

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El equipo de investigación también incluyó a los estudiantes graduados de la U. de I. Nicole Choquette, Christopher Montes y Crystal Sorgini; U. de I. científico postdoctoral Timothy Wertin; La científica postdoctoral Funda Ogut de la Universidad de Florida; y la directora de investigación senior de la Universidad de Florida, Alison Morse.

La National Science Foundation apoyó esta investigación.

Referencia: “Descubriendo la variación genética oculta en la fotosíntesis del maíz cultivado en el campo bajo contaminación por ozono” por Nicole E. Choquette, Funda Ogut, Timothy M. Wertin, Christopher M. Montes, Crystal A. Sorgini, Alison M. Morse, Patrick J. Brown, Andrew DB Leakey, Lauren M. McIntyre y Elizabeth A. Ainsworth, 1 de octubre de 2019, Biología del cambio global .
DOI: 10.1111 / gcb.14794

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