Científicos de China, descubren un «módulo molecular inteligente» para la recuperación del arroz tras el estrés por frío y la eficiencia en el uso del nitrógeno
Beijing, China, Asia.- El cambio climático global ha incrementado la frecuencia de las olas de frío regionales, provocando pérdidas sustanciales de rendimiento e incluso la pérdida total de las cosechas. Asimismo, el uso excesivo de fertilizantes nitrogenados en la agricultura ha aumentado la contaminación difusa. Por lo tanto, mejorar tanto la resistencia al estrés como la eficiencia en el uso del nitrógeno se ha convertido en un desafío importante para la producción agrícola sostenible.
En el cultivo de arroz, los agricultores suelen aplicar fertilizantes nitrogenados tras el estrés por frío para estimular la regeneración de los tallos y reducir las pérdidas de rendimiento. Si bien esta práctica es común, aumenta los costos de producción y el impacto ambiental. Además, el mecanismo molecular que vincula la recuperación tras el estrés por frío con la utilización del nitrógeno no se comprendía bien.
Un equipo liderado por el profesor Chong Kang del Instituto de Botánica de la Academia China de Ciencias ha identificado un módulo molecular inteligente, denominado Chilling Phoenix (CHPO), que coordina la resistencia al frío y el uso de nitrógeno en el arroz, modificando automáticamente su función según las condiciones ambientales. Durante el estrés por frío, CHPO aumenta la tolerancia a las bajas temperaturas. Por el contrario, cuando las temperaturas vuelven a la normalidad, CHPO promueve la absorción de nitrógeno y la regeneración de los tallos durante la recuperación.
Para fundamentar su investigación, los científicos establecieron la tasa de regeneración de tallos tras el frío como un indicador clave de la resistencia al frío. Posteriormente, emplearon estudios de asociación de genoma completo (GWAS), mapeo de loci de rasgos cuantitativos (QTL) y clonación basada en mapas genéticos para identificar a CHPO como un módulo genético clave que regula conjuntamente la resistencia al frío y la eficiencia en el uso de nitrógeno.
Los investigadores identificaron dos alelos: el alelo superior, CHPOjap, se originó en el arroz silvestre común chino y fue seleccionado positivamente durante la domesticación del arroz japónica de clima templado. En comparación con CHPOjap, el alelo indica CHPOind presenta un número diferente de repeticiones de GCG en su región codificante, lo que da lugar a respuestas distintas al frío, preferencias de unión al ADN y efectos contrastantes en la resistencia al frío.
Los análisis mecanísticos revelaron que CHPOjap alterna dinámicamente su programa regulador entre las fases de frío y recuperación. Durante el estrés por frío, se acumula en el núcleo y activa genes relacionados con el frío para aumentar la tolerancia. Durante la recuperación, activa directamente el gen transportador de nitrógeno OsNRT2.4, a la vez que reprime OsTCP19, mejorando así la eficiencia en el uso del nitrógeno y promoviendo la regeneración de los tallos.
«Para evaluar el potencial de mejoramiento genético de este módulo molecular, establecimos un novedoso sistema de fenotipado para la resistencia al frío con el fin de probar el potencial de mejoramiento genético de CHPOjap, lo cual es de vital importancia para las aplicaciones agrícolas», afirmó el profesor CHONG.
Tras el estrés por frío, las plantas se dejaron recuperar bajo diferentes condiciones de nitrógeno antes de ser trasplantadas al campo para evaluar su rendimiento. En todos los tratamientos de nitrógeno, las plantas que sobreexpresaban CHPOjap produjeron consistentemente un mayor rendimiento de grano por planta y mostraron una mayor eficiencia en el uso del nitrógeno que las plantas silvestres, mientras que los mutantes chpo mostraron el fenotipo opuesto.
Los hallazgos demostraron el gran potencial de CHPOjap como módulo molecular para el mejoramiento genético mediante diseño molecular, con el objetivo de mejorar el rendimiento y la eficiencia en el uso del nitrógeno en condiciones posteriores al estrés por frío.
El estudio revela el mecanismo molecular que coordina la resistencia al frío con la eficiencia en el uso del nitrógeno. También proporciona una explicación genética para la práctica agrícola tradicional de aplicar fertilizantes nitrogenados para promover el rebrote tras el estrés por frío. Además, ofrece un módulo molecular y una estrategia de mejoramiento genético para desarrollar variedades de arroz resistentes al clima, con rendimiento estable y una utilización eficiente del nitrógeno.
