Científicos de Krasnoyarsk, descubren que nanopartículas de hierro mejoran la eficiencia de la clonación de trigo
Krasnoyarsk, Krasnoyarsk, Rusia, Asia.- Especialistas del Centro Científico de Krasnoyarsk de la Rama Siberiana de la Academia Rusa de Ciencias han descubierto que las nanopartículas de ferrihidrita mejoran el crecimiento de cultivos de trigo cultivados a partir de células en un tubo de ensayo. Al añadir ferrihidrita al medio nutritivo, los investigadores lograron cuadruplicar el crecimiento de los brotes de trigo y reducir la muerte celular. Este descubrimiento puede simplificar la creación de nuevas variedades de trigo y otros cultivos agrícolas. Los resultados del estudio se publicaron en la Revista Científica Agraria.
En el fitomejoramiento y la ingeniería genética modernos, el cultivo de plantas a partir de células en un tubo de ensayo en un medio nutritivo es ampliamente utilizado. Este método permite obtener clones de plantas genéticamente idénticos o líneas modificadas. Sin embargo, en muchos cultivos agrícolas, incluido el trigo, el proceso de regeneración (la transformación de las células en brotes completos) resulta ineficaz. A menudo, las células pierden viabilidad o solo forman raíces sin brotes. Esto dificulta la creación de nuevas variedades.
Especialistas del Centro Científico de Krasnoyarsk de la Rama Siberiana de la Academia de Ciencias de Rusia añadieron nanopartículas de un compuesto que contiene hierro, la ferrihidrita, al medio nutritivo y monitorearon su efecto sobre el crecimiento y desarrollo de tejidos vegetales de trigo cultivados en un tubo de ensayo. El estudio se realizó en seis variedades y doce líneas de mejoramiento de trigo de primavera.
“Actualmente, las nanopartículas se están probando en diversas áreas de la agricultura. Se trata principalmente de fertilizantes, fuentes de iones metálicos fácilmente accesibles. Las partículas de ferrihidrita son únicas en este sentido. Afectan principalmente a los sistemas antioxidantes, y no se limitan a aportar hierro adicional a la planta, y han demostrado previamente ser estimulantes de la formación de raíces en plántulas de cultivos ornamentales y frutales, es decir, estimularon la formación de órganos. Era lógico suponer que tendrían el mismo efecto en tejidos vegetales aislados”, señala Valentina Stupko, investigadora principal del Instituto de Investigación de Agricultura y Ecología Árticas del Centro Científico Kola, Rama Siberiana de la Academia de Ciencias de Rusia, y candidata a doctora en ciencias agrícolas.
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Kola Science Center, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences_2.jpg
Los científicos añadieron nanopartículas al medio nutritivo en diferentes etapas del desarrollo del cultivo celular: formación de cúmulos celulares a partir de embriones, reproducción celular activa y formación de brotes y raíces. Los resultados mostraron que la doble exposición a nanopartículas en diferentes etapas del desarrollo del cultivo celular aumenta significativamente la frecuencia de regeneración, incrementa la viabilidad tisular y estimula la síntesis de clorofila. Los científicos también observaron que la adición de ferrihidrita ralentizó el envejecimiento celular y estimuló la fotosíntesis.
Los investigadores observaron una eficiencia particularmente alta cuando se aplicó ferrihidrita en las dos primeras etapas. La regeneración del tejido celular se aceleró cuatro veces en comparación con las muestras de control. En estas muestras, se formaron el doble de zonas con clorofila, precursora de los brotes, y la proporción de muestras muertas se redujo en un 30 %. Sin embargo, la presencia constante de nanopartículas en las tres etapas provocó el efecto contrario: un aumento del estrés oxidativo y la muerte celular.
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Los científicos suponen que las nanopartículas actúan de forma similar a las fitohormonas, activando el proceso de formación de tallos. Con un contacto breve, la ferrihidrita probablemente actúa como activador del sistema antioxidante y previene el envejecimiento de las células vegetales. Las nanopartículas, en pequeñas dosis, activan reacciones inmunitarias inespecíficas y estimulan los sistemas de defensa celular mediante la producción de especies reactivas de oxígeno, mientras que en altas concentraciones causan daño oxidativo. Los datos muestran que el contacto breve con nanopartículas entrena las células, aumentando su resistencia al estrés.
Este descubrimiento tiene un gran potencial para acelerar la creación de nuevas variedades de cultivos agrícolas. Curiosamente, el mejor resultado se obtuvo con el doble contacto de los tejidos con ferrihidrita: primero en la etapa de formación de callos a partir de embriones y luego durante su crecimiento activo. Como resultado, los tejidos murieron con menos frecuencia y se transformaron en brotes maduros más rápidamente. El efecto identificado puede tener una aplicación más amplia, incluyendo el uso de nanopartículas de ferrihidrita como activadores de la fotosíntesis en trabajos para aumentar la productividad de los cultivos agrícolas. Este agente puede utilizarse como estimulador del crecimiento. Las nanopartículas de ferrihidrita pueden aumentar la sostenibilidad ambiental de los cultivos agrícolas, lo que tendrá un efecto positivo en la seguridad alimentaria. Además, la forma de ferrihidrita utilizada es respetuosa con el medio ambiente, lo que la hace más adecuada para su uso en la agricultura —afirmó Valentina Stupko—.
Los resultados obtenidos permiten acelerar el proceso de creación de nuevas variedades de trigo, y la metodología puede adaptarse a para otros cultivos agrícolas y abre nuevos horizontes para el uso de nanopartículas en la agricultura.
El material se elaboró con el apoyo de una subvención del Ministerio de Educación y Ciencia de Rusia en el marco del Decenio de la Ciencia y la Tecnología.
