viernes, 17 de abril de 2015

LOS EFECTOS DE CAMBIO CLIMÁTICO EN LOS MICROORGANISMOS DEL SUELO DEPENDEN DE LA DEPOSICIÓN ATMOSFÉRICA DE NITRÓGENO

Investigadores de España, Portugal y Estados Unidos han determinado que los efectos de cambio climático sobre el funcionamiento de los microorganismos del suelo están modulados por la deposición atmosférica de nitrógeno. De este modo, dependiendo de cuanta contaminación atmosférica de nitrógeno haya en una zona, la respuesta del sistema a los cambios esperados en las precipitaciones como consecuencia del cambio climático será diferente.

En el trabajo han colaborado Lourdes Morillas, Javier Roales y Antonio Gallardo, de la Universidad Pablo de Olavide (España); Jorge Durán, del Centro de Ecología Funcional de la Universidad de Coimbra (Portugal); Alexandra Rodríguez del Museo Nacional de Ciencias Naturales/CSIC (España), y Peter M. Groffman y Gary M. Lovett, del Cary Institute of Ecosystem Studies (Estados Unidos).


Como explica uno de los investigadores del equipo, Jorge Durán, uno de los aspectos más críticos del cambio climático es la intensificación del ciclo hidrológico en muchas zonas del planeta, es decir, un aumento de las sequías junto con tormentas más frecuentes e intensas. Esta intensificación afecta a la humedad del suelo, uno de los factores más importantes que controlan los procesos bioquímicos, con un aumento en la frecuencia de los ciclos de secado y rehumedecido.


Otro componente del cambio global es el alto nivel de deposición atmosférica de nitrógeno debido principalmente al uso de combustibles fósiles y la agricultura. Según Alexandra Rodríguez, el exceso de deposición de nitrógeno puede tener serias consecuencias en los ecosistemas, como por ejemplo desbalances de los nutrientes, la acidificación del agua y del suelo, la eutrofización (una excesiva concentración de nutrientes) de ecosistemas, los aumentos en las emisiones de N2O y cambios en la capacidad de almacenamiento de carbono en los suelos.


Por otro lado, indica Lourdes Morillas, es importante tener en cuenta a los microbios como mediadores de los ciclos biogeoquímicos. “Los cambios rápidos en la humedad del suelo son estresantes para los microbios, ya que deben invertir una gran cantidad de energía y recursos para responder a ellos. Por ello, es esperable que la capacidad de los microorganismos del suelo de responder a cambios en los patrones de lluvia varíe con el estado nutricional del suelo”.

A pesar de su importancia, pocos estudios han examinado las interacciones entre la deposición de nitrógeno y los cambios en el patrón de precipitaciones, y existe una gran incertidumbre sobre cómo el aumento de nitrógeno modulará la capacidad del suelo de resistir al cambio climático. El trabajo llevado a cabo por este equipo de científicos trata de contribuir a paliar este vacío.

Experimento de adición de nitrógeno y cambios de humedad

En 1996, los investigadores del Cary Institute of Ecosystem Studies seleccionaron seis parcelas y una de cada par fue tratada regularmente con nitrógeno, en una experiencia que se ha prolongado durante 15 años. En mayo de 2012, junto con los investigadores de España y Portugal, se recolectaron muestras de estos suelos y se sometieron a cuatro tratamientos de secado y rehumedecido. En uno de ellos el suelo se mantuvo a humedad constante y, en los otros tres, los suelos se sometieron a uno, dos y cuatro eventos de secado y rehumedecido.

El equipo realizó antes, durante y después de la incubación una serie de técnicas de laboratorio para valorar el estado nutricional y funcional del suelo. Por ejemplo, se estimó la cantidad y diversidad de microorganismos, las tasas de mineralización de nitrógeno o la respiración microbiana.

El aumento en la deposición de nitrógeno atenuaría el impacto

A partir de este experimento, los investigadores pudieron demostrar que la capacidad de los suelos de los bosques templados de ciclar carbono y nitrógeno se verá significativamente alterada por cambios en el patrón de precipitaciones que probablemente ocurran como consecuencia del cambio climático. “El aumento de ciclos de secado y rehumedecido probablemente provocará aumentos en las cantidades de amonio y nitrógeno inorgánico total del suelo, pero disminuciones en el nitrato, debido a una disminución de la tasa de nitrificación. También provocará una disminución de la biomasa microbiana y del intercambio de gases de efecto invernadero entre el suelo y la atmósfera”, precisa Javier Roales.


El resultado más significativo del estudio, que se publicará próximamente en Global Change Biology, es el papel clave de la deposición de nitrógeno como modulador de las repuestas de estos bosques al cambio climático. Los científicos apuntan a una clara interacción entre estos dos componentes del cambio global (deposición de nitrógeno y cambio climático), de manera que el aumento de la deposición de nitrógeno “podría atenuar los impactos del esperado aumento de los ciclos de secado y rehumedecido con el cambio climático sobre importantes procesos del suelo”. Así, este tipo de estudios empíricos que evalúan la interacción de varios factores son de especial interés para la creación de modelos que puedan predecir de forma realista la respuesta de los ecosistemas al cambio global.

FUENTE: Cristina G. Pedraz/DICYT

miércoles, 1 de abril de 2015

“DOMESTICAR” LAS PLANTAS PARA LA ALIMENTACIÓN DEL FUTURO

La humanidad ha logrado aumentar la producción y la calidad de los alimentos a lo largo de su historia gracias a la modificación constante de las plantas desde el Neolítico. Pero en los próximos 50 años los seres humanos tendrán que producir más alimentos de los que han cultivado durante toda su historia. Así lo advierte la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO). A ello se suman los efectos del cambio climático.
Además, en el último medio siglo la población mundial se ha doblado, mientras que el aumento del rendimiento de los cereales se ha multiplicado por tres. Las mejoras de producción se han conseguido, entre otros, aumentando la superficie cultivada, el agua y los abonos utilizados. No obstante, "esto ya no es posible, lo que nos obliga a utilizar todas las herramientas a nuestro alcance, como la mejora en el conocimiento básico de la genética de plantas”, comentó Josep Casacuberta, coordinador del programa de genómica de plantas y animales del Centro de Investigación Agrigenómica (CRAG), durante el encuentro organizado en marzo por B·Debate, Centro Internacional para el Debate Científico, una iniciativa de Biocat y Obra Social “la Caixa”.

Las especies del futuro: cómo conseguir más con menos
Ahora, uno de los retos de futuro de la agrigenómica es conseguir variedades de plantas más eficientes para aumentar la producción sin incrementar los recursos de espacio, agua y abono invertidos al cultivarlas. Para lograrlo, los científicos se centran en cómo resolver el problema de la alimentación de una población que no deja de crecer. Es el caso de Rod Wing, director del Instituto de Genómica de Arizona (EE UU), cuya investigación gira en torno al arroz.
"Los pueblos que dependen del arroz doblarán sus habitantes en 2050, y este cereal ya es la base de la alimentación del 50% de la población mundial”, señaló Wing. Para mejorarlo es necesario que "el arroz que sea más resistente, más fácil de cultivar y más nutritivo”, destacó en el encuentro de Barcelona ante más de 100 expertos de todo el mundo.
Hasta el momento se han secuenciado los genomas de 3.000 variedades diferentes de arroz proveniente de 89 países, pero ahora se necesita integrar e interpretar toda esa información. Para ello, el científico estadounidense ha participado en la creación del International Rice Informatics Consortium, una iniciativa que busca centralizar y optimizar todos los esfuerzos realizados.
Aparte del arroz, desde el año 2000 –cuando se publicó el primer genoma de la planta Arabidopsis– se dispone del genoma completo de más de 80 especies, así como el genoma de diferentes variedades de la misma especie. Constituyen bases de datos a las que acceden continuamente los mejoradores de plantas.

¿Cómo han cambiado los vegetales que comemos?
La domesticación es el proceso por el cual los hombres, desde hace más de 10.000 años, han ido seleccionando las características que mejor servían de cada planta, dirigiendo así en gran medida su evolución. Pero estudiar estos cambios no es sencillo.
El grupo de investigación INRA, liderado por Oliver Loudet, estudia las variaciones en Arabidopsis recogiendo variedades de América, de Sicilia, e incluso de áreas aisladas (y por tanto con plantas no domesticadas) como Tajikistán, en Asia Central. A partir de ahí estudian cómo se comportan en condiciones de estrés como la falta de agua, observan cómo resisten y crecen y buscan las diferencias genéticas (y epigenéticas) que las explican.
Algo parecido hace el grupo de Carlos Alonso-Blanco, del Centro Nacional de Biotecnología, en Madrid: estudian las variaciones de la misma planta y su adaptación a las estaciones. Y en esa búsqueda han encontrado varias regiones asociadas con el tiempo en que florecen, con su adaptación a las altas temperaturas o incluso con su resistencia a contaminantes.

Más allá de los transgénicos
Una vez conocidas estas modificaciones, ¿cómo se pueden emplear para mejorar los cultivos? Antes, estos cambios en las variedades vegetales se conseguían de forma intuitiva. Ahora, gracias a la investigación científica, existen diferentes técnicas de mejora más precisas, como la selección asistida por marcadores o la transgenia, que es la última que se ha incorporado en la mejora de plantas.
“Nos alimentamos de especies inventadas por el ser humano, fruto de la modificación genética, como el maíz”, apuntó Casacuberta. Para este investigador, líder científico del encuentro y ex miembro del panel de transgénicos de la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA), los transgénicos no son ni la única ni la completa solución, pero aboga por disminuir la alarma generada sobre este tipo de cultivos.
“Los transgénicos siguen un control estricto de riesgos y, además, las nuevas técnicas permitirán un control mucho más fino de los cambios introducidos”, observó. Una de esas técnicas es la llamada CRISPR, es la gran promesa en la terapia génica y ya se discute su uso hasta en la modificación de embriones humanos.
Tal y como recordó Casacuberta, “variaciones en el genoma se han producido constantemente en las plantas; incluso en los años 50 se usaron rayos X para provocar modificaciones que se encuentran en muchos alimentos actuales". El científico se mostró tajante: "Sin estos avances no podríamos dar respuesta al reto de la alimentación del futuro y mejorar las especies que comemos”.

Fuente: B·Debate

miércoles, 25 de marzo de 2015

DISIPACIÓN DE PRODUCTOS FITOSANITARIOS EN CULTIVO PROTEGIDO DE LECHUGA

La aplicación de productos fitosanitarios para combatir plagas y enfermedades en cultivos hortícolas al aire libre y en invernadero lleva implícita la necesidad de evaluar los riesgos en el medio ambiente y, sobre todo, en la salud humana.

En este trabajo, publicado en las actas del Seminario de Especialista en Horticultura (año 2007, nº 15: 873-883), se muestran los resultados obtenidos en un estudio realizado en NEIKER en colaboración con el laboratorio de la Diputación Foral de Gipuzkoa. Para su ejecución se consideraron las inquietudes de GILBE, BIHOEL, EROSKI y las áreas de Producción Vegetal de las diputaciones de Bizkaia y Gipuzkoa, así como la de los consumidores que cada vez son más exigentes con la calidad del producto.

Se evaluó la disipación de varios productos fitosanitarios (procimidona, imidacloprid y cipermetrin) en diferentes ciclos de cultivo (otoño, invierno y primavera) de lechuga (cultivares Bacares en invierno y Edurne en otoño y primavera).

Algunos productos no se degradaron en los plazos previstos: La procimidona no se degradó en los cultivos de otoño, invierno ni primavera y el cipermetrin no se degradó en otoño e invierno. El ritmo de degradación estuvo relacionado con las condiciones climáticas, siendo más lento en invierno.

Los resultados obtenidos evidenciaron la necesidad de seguir realizando este tipo de estudios.

Más información puede encontrarse en el archivo: Lechuga fitosanitarios_Seminario Almería 2007


FUENTE: Santiago Larregla

jueves, 5 de marzo de 2015

HALLADA UNA NUEVA FAMILIA DE PROTEÍNAS QUE CONTROLA LA RESISTENCIA DE LAS PLANTAS A LA SEQUÍA

Dos equipos del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) han identificado y caracterizado una nueva familia de proteínas que controla directamente la resistencia de las plantas a la sequía. Estas proteínas facilitan la función de los receptores que activan la señalización de la hormona ácido abscísico (ABA), clave en la respuesta adaptativa para sobrevivir a situaciones de estrés ambiental. Los resultados han sido publicados en la revista Plant Cell.

Las proteínas, denominadas CAR, son necesarias para que las moléculas receptoras de ABA alcancen eficientemente su sitio de acción en la membrana plasmática de la célula. “Esto es crucial, ya que es allí donde comienza el control de muchos de los procesos de adaptación a la sequía, en concreto, la regulación de la pérdida de agua por transpiración o el crecimiento de la raíz en busca de suelos más húmedos”, explica el investigador del CSIC Armando Albert, del Instituto de Química Física Rocasolano.

Los abordajes experimentales bioquímicos, de biología celular y molecular, junto con los estudios cristalográficos de alta resolución llevados a cabo utilizando la planta modelo Arabidopsis thaliana, muestran que las proteínas CAR, también presentes en plantas de cosecha, tienen una región que les permite insertarse en la membrana y otra que media su interacción con los receptores de ABA.

“Hasta este momento, se sabía que las moléculas receptoras de ABA realizaban parte de su función en el límite externo, es decir, la membrana plasmática de la célula, pero no se conocía cómo estos receptores eran anclados allí”, comenta Pedro Luis Rodríguez, investigador del CSIC en el Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (mixto del CSIC y la Universitat Politècnica de València).

El estrés hídrico, apuntan los investigadores, es responsable de grandes pérdidas en el rendimiento de los cultivos a nivel mundial. El hallazgo presentado en este trabajo permite el diseño de plantas de cosecha con propiedades mejoradas frente a situaciones de sequía.

Referencia bibliográfica 
L. Rodriguez, M. Gonzalez-Guzmán, M. Díaz, A. Rodrigues, A.C. Izquierdo-Garcia, M. Peirats-Llobet, R. Antonia, D. Fernández, J.A. Márquez, J.M. Mulet, A. Albert y P.L. Rodríguez. C2-Domain Abscisic Acid-Related Proteins Mediate the Interaction of PYR/PYL/RCAR Abscisic Acid Receptors with the Plasma Membrane and Regulate Abscisic Acid Sensitivity in Arabidopsis. Plant Cell. DOI:10.1105/tpc.114.129973.


FUENTE: CSIC/DICYT 

martes, 3 de marzo de 2015

LAS PLANTAS OPTIMIZAN EL USO DEL AGUA SEGÚN EL AMBIENTE EN EL QUE VIVEN

Las plantas asimilan carbono procedente de la atmósfera para crecer, lo que conlleva una pérdida de agua. Al mismo tiempo, consumen carbono durante la extracción de agua del suelo. Para sobrevivir en el ambiente en el que viven, deben optimizar el uso del agua durante estos procesos. Un equipo internacional de científicos con participación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha desarrollado un modelo global de optimización en el empleo del agua por parte de la vegetación. El estudio examina diferentes estrategias dependiendo del tipo de planta y de dónde crecen en el mundo. Los resultados, publicados en el último número deNature Climate Change, permitirán mejorar las predicciones sobre el intercambio de carbono, agua y energía en ecosistemas terrestres y sus efectos en el clima futuro.

La vegetación juega un papel fundamental en el sistema terrestre: absorbe y almacena carbono, libera agua a la atmósfera, modula el movimiento del agua en el paisaje y enfría la superficie terrestre del planeta. Este intercambio de carbono y agua entre la vegetación y la atmósfera se lleva a cabo a través de los diminutos poros que tienen las plantas en la superficie de las hojas: los estomas.

“La conductancia estomática regula la cantidad de agua que transpiran las plantas y la cantidad de carbono asimilada a través de la fotosíntesis. Por tanto, nuestra capacidad para desarrollar modelos sobre los ciclos globales de carbono y agua en un clima futuro depende en gran medida de nuestra capacidad de predecir el comportamiento de los estomas a nivel global”, explica la investigadora del CSIC en el Museo Nacional de Ciencias Naturales Ana Rey.

El análisis de datos de estudios de campo en diferentes ecosistemas, desde la tundra ártica y boreal hasta los bosques templados y tropicales, ha permitido confirmar que, en general, las plantas que crecen en climas fríos o secos, como las coníferas, son más ahorradoras en el uso del agua, mientras que las de climas húmedos y cálidos son más derrochadoras. La gran sorpresa es que los árboles perennes de la sabana se encuentran entre las plantas más despilfarradoras, a pesar de vivir en un entorno árido y caluroso.

Los resultados de este estudio permitirán, según los científicos, mejorar considerablemente los modelos existentes sobre la posible futura respuesta de los ecosistemas terrestres al cambio climático.

Referencia bibliográfica 
Yan-Shih Lin et al. Optimal stomatal behavior around the world. Nature Climate Change. DOI: 10.1038/NCLIMATE2550


FUENTE: CSIC/DICYT

viernes, 30 de enero de 2015

NUEVOS DATOS DE LA EVOLUCIÓN DE LOS GENES DE LA RESPUESTA INMUNITARIA EN LA NATURALEZA

La especie Arabidopsis thaliana, que se distribuye de modo natural por todo el hemisferio norte, es un miembro de la misma familia de la mostaza. Se trata de un organismo muy importante como modelo de estudio en biología vegetal, ya que su genoma es relativamente pequeño y muy adecuado para los estudios genéticos.
Una investigación, publicada en la revista PLOS Genetics, ofrece nuevas pistas sobre la evolución del sistema inmunitario en poblaciones europeas de esta planta y los mecanismos subyacentes en el mantenimiento de determinados genes relacionados con la inmunidad en la naturaleza. 

El camino evolutivo de los genes de la inmunidad

La evolución natural de genes de resistencia (R) en las plantas puede provocar una respuesta autoinmunitaria en determinadas circunstancias genéticas. Este fenómeno se denomina incompatibilidad híbrida asociada al sistema inmunitario (HI, del inglés hybrid incompatibility), y provoca la inhibición del crecimiento y la pérdida de fertilidad por la activación inadecuada y permanente de las defensas de la planta.
Estas incompatibilidades híbridas reflejan probablemente distintos caminos evolutivos que han emprendido en la naturaleza genes relacionados con la inmunidad; pero no está claro si estas trayectorias divergentes son causa de la adaptación local o de la deriva genética, es decir, el cambio en la frecuencia de una variante del gen (alelo) en una población debido al azar.
En este estudio, los investigadores examinaron la arquitectura genética de un grupo de genes de resistencia presentes en la cepa Landsberg deArabidopsis thaliana centroeuropea. Esta cepa es incompatible con cepas provenientes de Asia central; es decir: existe un mecanismo genético que impide el crecimiento de los híbridos correspondientes.
"Hemos comprobado que la expresión de un gen de resistencia de Landsberg (R3), dentro de un clúster de ocho genes R en tándem (R1-R8), controla el equilibrio entre crecimiento y defensa, pero que R3 necesita por lo menos otro miembro del clúster para condicionar la incompatibilidad con cepas de Asia central", explica Rubén Alcázar, investigador Ramón y Cajal de la Facultad de Farmacia de la Universidad de Barcelona, que firma este trabajo en colaboración con investigadores del Instituto Max Planck de Investigación Fitogenética y del Instituto Max Planck para la Biología del Desarrollo (Alemania).

Una incompatibilidad mantenida en el tiempo

Los investigadores han rastreado estos grupos de genes en una población local de Arabidopsis descendiente de la cepa Landsberg que mantiene la incompatibilidad con las cepas de Asia central. El hecho de que esta combinación genética de incompatibilidad aparezca en el 30% de individuos genéticamente distintos en estos descendientes sugiere que no ha surgido recientemente, sino que se ha mantenido a través de selección o deriva genética durante varias décadas.
La concurrencia en la misma población de individuos que contienen distintos genes de resistencia no causantes de HI sirve de base para determinar las fuerzas genéticas, ambientales y ecológicas influyentes, y cómo los genes relacionados con la respuesta inmunitaria de las plantas evolucionan y se diversifican en la naturaleza.

Referencia bibliográfica:
Rubén Alcázar, Marcel von Reth, Jaqueline Bautor, Eunyoung Chae, Detlef Weigel, Maarten Koornneef y Jane E. Parker. "Analysis of a plant complex resistance gene locus underlying immune-related hybrid incompatibility and its occurrence in nature". PLOS Genetics, diciembre de 2014. Doi: 10.1371/journal.pgen.1004848


Fuente: Universidad de Barcelona

martes, 20 de enero de 2015

UN ROBOT AYUDARÁ A MEJORAR LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA

Un consorcio de investigación europeo, formado por universidades y empresas de España, Francia, Italia y Alemania, está trabajando en el desarrollo de un pequeño robot no tripulado, equipado con sensores no invasivos avanzados y sistemas de inteligencia artificial, que ayudará a la gestión de los viñedos. El robot permitirá obtener de forma rápida información relevante como el desarrollo vegetativo, el estado hídrico, la producción y la composición de la uva, entre otros datos.
El desarrollo de este robot forma parte del proyecto europeo VineRobot, cuyos socios se reúnen estos días en la Universitat Politècnica de Valencia para evaluar el primer año de trabajo. El proyecto, en el que participa el Laboratorio de Robótica Agrícola de la UPV, está liderado por la Universidad de La Rioja. Completan el consorcio la empresa española Avanzare, las francesas FORCE-A y Wall-YE y la italiana Sivis, junto con Les Vignerons de Buzet, una bodega cooperativa próxima a Burdeos; y la Universidad Hochschule Geisenheim (Alemania).
La mayor ventaja que ofrecerá este proyecto radica en la disponibilidad de una ingente cantidad de datos obtenidos automáticamente que, al ser representados en mapas sencillos, permitirán la fácil interpretación por parte de cualquier usuario, así como la transmisión de la información de manera inalámbrica desde la parcela.
 “La robótica y la agricultura de precisión proveen al productor de potentes herramientas para mejorar la competitividad de sus explotaciones. Robots como el que desarrollamos en este proyecto no sustituirán al viticultor, sino que lo que harán es facilitar su trabajo, evitándole la parte más dura en campo. Entre sus múltiples ventajas, permitirá predecir la producción de uva, o su grado de maduración para estimar su calidad sin tocarla y de forma inmediata”, han destacado Javier Tardáguila coordinador del proyecto e investigador de la Universidad de La Rioja y Francisco Rovira, investigador del Laboratorio de Robótica Agrícola de la UPV.
Asimism
o, Rovira apunta que un efecto colateral, pero positivo para Europa, es la atracción que ejerce la aplicación al campo de las nuevas tecnologías –robótica, agricultura de precisión, y tecnologías de la información– sobre jóvenes agricultores, “ya que la elevada edad media de los agricultores es un recurrente tema de preocupación en países industrializado. 


Primer prototipo
En el marco de la reunión del proyecto que acoge la UPV, los investigadores han presentado el prototipo del robot en el que llevan trabajando desde el año pasado. El robot incluye un circuito básico de seguridad con varios pulsadores de emergencia y un parachoques que detiene el robot ante cualquier obstáculo. El primer año se ha trabajado básicamente en la movilidad del robot en campo, mejorando el sistema de suspensión y el de tracción para ascender pendientes en presencia de malas hierbas.
De cara al próximo año, el reto es dotar al robot de autonomía para navegar entre las filas de viñedo de manera segura mediante visión estereoscópica, así como la integración de una cámara lateral que proporcione información sobre el estado vegetativo de las plantas y posibles racimos.

El proyecto está financiado con más de dos millones de euros por la convocatoria ICT-Robotics del VII Programa Marco de la Unión Europea y concluirá a finales de 2016.


FUENTE: UPV/DICYT