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Identifican un gen clave en la adaptación de las plantas a suelos con niveles fluctuantes de salinidad

  • Investigadores del la Unidad de Fisiología Vegetal del Departamento de Biología Animal, Biología Vegetal y Ecología de la UAB, en colaboración con la Universidad de Nottingham y el instituto John Innes Centre del Reino Unido.

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La investigación puede mejorar la adaptación de los cultivos al incremento de la salinidad asociada al cambio climático y la presión humana. El estudio, publicado en PNAS, se ha llevado a cabo con poblaciones naturales de Arabidopsis thaliana de la costa catalana. La salinidad en el suelo y en las aguas de riego es uno de los problemas más importantes que limita la productividad agraria, especialmente en condiciones de clima mediterráneo. Bajo este clima semi-árido la salinidad puede ser un factor estresante que fluctúa a lo largo del año, sobre todo en el contexto actual de volatilidad climática.

Investigadores del la Unidad de Fisiología Vegetal del Departamento de Biología Animal, Biología Vegetal y Ecología de la UAB, en colaboración con la Universidad de Nottingham y el instituto John Innes Centre del Reino Unido, han identificado varias modificaciones en un gen transportador de sodio llamado HKT1;1 con consecuencias clave para la adaptación de poblaciones naturales de la planta modelo Arabidopsis thaliana (A. thaliana) a ambientes con niveles fluctuantes de salinidad del suelo.

Identifican un gen clave en la adaptación de las plantas a suelos con niveles fluctuantes de salinidad

En el estudio publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Science USA, se ha hecho un análisis genómico a gran escala secuenciando el genoma completo de 77 individuos de A. thaliana provenientes de poblaciones naturales con diferentes gradientes de salinidad en la costa catalana, entre Blanes y el Cap de Creus.

La integración de estos datos con los 1.135 genomas de A. thaliana de la colección mundial ha permitido establecer que las variedades catalanas con alta adaptación a hábitats con niveles de salinidad moderada y fluctuante no son relictos ibéricos, sino que forman parte de una colonización, y posterior adaptación, relativamente reciente.

El mecanismo de adaptación de las plantas confinadas en suelos donde los niveles de salinidad varían sustancialmente dependiendo de las precipitaciones se basa en variaciones estructurales del gen HKT1; 1 que provocan cambios en el nivel de expresión de esta proteína. Las plantas con baja expresión de HKT1; 1 a nivel radicular presentan altos niveles de sodio en las hojas (plantas HKT1; 1HLS).

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De entrada esto puede parecer perjudicial pero, dentro de un cierto umbral, este sodio acumulado en las vacuolas puede mejorar el ajuste osmótico y evitar que la sal llegue a los tejidos reproductivos.

No obstante, cuando la salinidad del suelo es muy elevada, como ocurre en primera línea de mar, los niveles de sodio llegan a ser tóxicos para estas plantas y por lo tanto necesitan utilizar un mecanismo de exclusión. Cuando HKT1; 1 se expresa normalmente (plantas HKT1; 1LLS), se impide la entrada de sodio por las raíces, favoreciendo el transporte de potasio en su lugar y permitiendo que las plantas sobrevivan en estas condiciones.

Utilizando nuevas e innovadoras técnicas de secuenciación (10X Chromium de novo assembly) se ha podido detallar todas las variaciones genéticas presentes en las diferentes formas de HKT1;1 identificadas en este estudio.

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Estos resultados no son sólo un ejemplo de cómo se puede revelar la función molecular a partir de datos de variación natural y a través de la dinámica demográfica de poblaciones, sino que también dan información altamente valiosa para mejorar la sostenibilidad de la producción de cultivos en un escenario de creciente salinización de los suelos debido a la presión humana y al cambio climático global.

La primera autora de la publicación, Silvia Busoms, ha realizado su tesis doctoral en cotutela internacional en la UAB y la Universidad de Aberdeen bajo la codirección de Charlotte Poschenrieder (Unidad de Fisiología Vegetal, Departamento de Biología Animal, Vegetal y Ecología de la UAB) y David Salt, actualmente en la Universidad de Nottingham.

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Parte de los resultados de la publicación derivan de esta tesis, que ha merecido recientemente el premio extraordinario de doctorado del Programa de Biología y Biotecnología Vegetal de la UAB. El resto son el resultado de la estancia posdoctoral de Silvia Busoms en el instituto John Innes Centre de Norwich en el grupo del investigador Levi Yantar.

Referencia: Silvia Busoms, Pirita Paajanen, Sarah Marburger, Sian Bray, Xin-Yuan Huang, Charlotte Poschenrieder , Levi Yant , David E Salt. 2018. Fluctuating selection on migrant adaptive sodium transporter alleles in coastal Arabidopsis thaliana. Proceedings of the National Acedemy of Sciences USA; PNAS. Published ahead of print December 7, 2018 https://doi.org/10.1073/pnas.1816964115

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