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 

viernes, 14 de noviembre de 2014

LAS ENCINAS PUEDEN CAPTAR AGUA A TRAVÉS DE SUS HOJAS

Una estructura que actúa de dos formas diferentes ante el contacto con el agua. Ese es el gran misterio que encierran las hojas de las encinas y que han revelado los trabajos de un equipo de investigadores de diferentes centros y universidades, entre ellos la Universidad Politécnica de Madrid.
Las hojas de las plantas presentan una enorme variabilidad en su forma y tamaño, y también en la topografía de su superficie, algo que apenas es posible percibir a simple vista, pero sí puede observarse mediante microscopía electrónica de barrido.
Esta técnica ha permitido observar que la superficie de las partes aéreas de las plantas tiene una estructura mucho más compleja de lo que se suponía, y ha puesto a los vegetales en el foco de la investigación en Ciencia de Materiales y, más en concreto en el campo de la Biomimética, que se basa en emular las características de las superficies biológicas con materiales sintéticos.
Doble comportamiento en contacto con agua
Un grupo de investigadores de la UPM, liderados por Victoria Fernández, del departamento de Sistemas y Recursos Naturales de la ETSI de Montes, Forestal y del Medio Natural, ha analizado las hojas de la encina y ha descubierto que presentan un doble comportamiento al entrar en contacto con el agua.  
Mientras que la lámina superior de la hoja absorbe el agua y permite a esta especie hidratarse cuando llueve o cuando el agua se condensa por el rocío, la cara inferior o envés repele el agua. La razón es que la parte superior de la hoja –que tiene pelos hidrofílicos cuando la hoja es joven o es lisa en la madurez– es siempre mojable, tiene adherencia por las gotas y puede absorber el agua. Sin embargo, el envés de la hoja está cubierto por pelos multicelulares no mojables e hidrófobos, que repelen las gotas de agua.
Aunque se ha observado previamente la capacidad de algunas especies vegetales propias por ejemplo, de regiones áridas, costeras o montañosas, para captar agua a través de las hojas en ciertas condiciones ambientales, esta es la primera vez que la absorción foliar de agua se ha analizado de forma integrada considerando aspectos físicoquímicos, fisiológicos y anatómicos.
Ventaja evolutiva
Esta doble capacidad de la hoja de la encina para captar y repeler el agua podría ser, según los investigadores, una ventaja competitiva determinante para la supervivencia de la encina en los ambientes mediterráneos en los que habita, frente a otras especies arbóreas y vegetales.
Además, la importancia de este descubrimiento radica en que “propone una interpretación novedosa de la fisiología de la planta que puede ser de interés para el desarrollo de materiales sintéticos con diferentes propiedades de repelencia o adhesión por el agua”, explica Fernández.
Los  resultados de este trabajo, en el que también han participado investigadores del  Centro de Investigación y Tecnología Agroalimentaria del Gobierno de Aragón, la Universidad de Agricultura de Atenas (Grecia), la Facultad de Ciencias Físicas de la Universidad Complutense de Madrid, el Centro Mixto Instituto de Hortofruticultura Subtropical Mediterránea “La Mayora” CSIC-Universidad de Málaga han recibido una mención especial por su originalidad en el apartado On the Inside de la revista Plant Physiology.
Referencia bibliográfica:
Victoria Fernández, Domingo Sancho-Knapik, Paula Guzmán, José Javier Peguero-Pina, Luis Gil, George Karabourniotis, Mohamed Khayet, Costas Fasseas, José Alejandro Heredia-Guerrero, Antonio Heredia, and Eustaquio Gil-Pelegrín. "Wettability, Polarity, and Water Absorption of Holm Oak Leaves: Effect of Leaf Side and Age"  Plant Physiology 166: 168-180, septiembre de 2014.

FUENTE: UPM

jueves, 30 de octubre de 2014

EL PROYECTO “1.000 PLANTAS” PROPONE CAMBIOS EN LA CLASIFICACIÓN VEGETAL

Un consorcio internacional de investigadores en el que ha participado el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha evaluado las hipótesis clásicas de la clasificación de las plantas mediante el estudio de 11 genomas y 92 transcriptomas de plantas. La iniciativa, parte del proyecto “1000 plantas” (1KP), ha generado un conjunto de datos de 852 genes nucleares, el más grande de este tipo generado hasta la fecha en plantas. Según los investigadores, el procesamiento de estos macrodatos, ofrece una nueva base para estudiar la evolución vegetal. El estudio ha sido publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Esta gran matriz de datos ha permitido ver que, en contra de la hipótesis más aceptada hasta ahora, existe un estrecho parentesco entre las plantas terrestres y un grupo de algas verdes llamadas algas conjugadas. Además, también se han descubierto importantes pistas sobre el proceso de divergencia de los linajes de las plantas terrestres: según los nuevos datos, las plantas hepáticas son el grupo hermano de los musgos, en lugar de serlo del resto de plantas con flores.

‘Big Data’
“En comparación con otros organismos, el genoma de las plantas es desproporcionadamente grande. El ADN humano contiene algo más de 3.000 millones de pares de bases mientras que el un pino cualquiera tiene alrededor de 20.000 millones de pares de bases. Por eso en este proyecto secuenciamos transcriptomas, las regiones del ADN que después se traducen a ARN, como los genes que después dan lugar a proteínas, en lugar de secuenciar genomas completos”, explica la investigadora del CSIC Lisa Pokorny, del Real Jardín Botánico.
El problema al que se han enfrentado los investigadores de 1KP es que procesar el volumen de datos resultante de dichos transcriptomas requiere una gran capacidad computacional. “Cuando trabajas con 852 genes nucleares tu matriz de datos es inmensa y los métodos estadísticos desarrollados hasta ahora se quedan cortos. Como resultado de esa necesidad, a lo largo de este proyecto han surgido nuevos métodos que podrán ser empleados en el futuro para lidiar con volúmenes de datos comparables”, añade Pokorny.

Claves de la evolución
El estudio del transcriptoma aporta información sobre los genes que el ancestro de las plantas terrestres tuvo a su disposición en la transición del medio acuático al medio terrestre en la Tierra. Esos genes suponen la clave de su supervivencia en un medio sin humedad constante, bajo las radiaciones solares y donde la gravedad limita el crecimiento.
“El transciptoma nos permite, además, arrojar luz sobre el ‘abobinable misterio de Darwin’. Podemos comprender cómo, en relativamente poco tiempo a escala geológica, en apenas unos cuantos millones de años, se sentaron las bases que dieron lugar a la enorme diversidad de plantas con flores que habitan nuestro planeta, y en las que seguimos encontrando infinitos compuestos con aplicaciones médicas, agrícolas, etc. Pero nada de esto se puede hacer sin comprender cómo las plantas se relacionan entre sí, sin conocer su clasificación”, concluye la investigadora.

Wickett, N.J., S. Mirarab, N. Nguyen, T. Warnow, E. Carpenter, N. Matasci, S. Ayyampalayam, M. Barker, G. J. Burleigh, M. A. Gitzendanner, B. Ruhfel, E. Wafula, J.P. Der, S. W. Graham, S. Mathews, M. Melkonian, D. E. Soltis, P. S. Soltis, C. Rothfels, L. Pokorny, J. Shaw, L. DeGironimo, D. Stevenson, B. Surek, J.C. Villarreal, B. Roure, H. Philippe, C. W. dePamphilis, T. Chen, M. Deyholos, J. Wang, Y. Zhang, Z. Tian, Z. Yan, X. Wu, X. Sun, G. KS. Wong, and J. LeebensMack. A phylotranscriptomic analysis of the origin and early diversification of land plants. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). DOI: 10.1073/pnas.1323926111

lunes, 27 de octubre de 2014

LAS BERENJENAS CULTIVADAS AL AIRE LIBRE TIENEN MAYOR POTENCIAL ANTIOXIDANTE QUE LAS DE INVERNADERO

Las berenjenas cultivadas al aire libre acumulan mayor cantidad de antioxidantes, sobre todo polifenoles, que las que se cultivan dentro de invernaderos. Asimismo, la variedad conocida como 'Berenjena de Almagro' presenta mejores propiedades nutricionales que las variedades modernas comercializadas actualmente. Estas son dos de las principales conclusiones de un estudio desarrollado por investigadores de la Universitat Politècnica de València y la Universidad Complutense de Madrid, publicado este mes en el Journal of the Science of Food and Agriculture.

El objetivo de los investigadores valencianos y madrileños fue analizar diferentes condicionantes que inciden en la calidad de la berenjena, tanto desde el punto de vista organoléptico como nutricional. Estos factores fueron el ambiente en el que se cultiva la berenjena –en campo abierto o en invernadero; la temporada de plantación y el genotipo de la variedad.
El estudio incluyó dos cultivos en invernadero y otros dos al aire libre, en dos años sucesivos y con nueve variedades diferentes: tres tradicionales –Berenjena de Almagro, Listada de Gandia y Larga Negra; tres híbridas resultados del cruce entre las tradicionales; y tres híbridos comerciales. Las variedades locales presentaron, por término medio, un mayor contenido de vitamina C y compuestos fenólicos totales que los híbridos comerciales, así como bajos niveles de carbohidratos y almidón.
Los investigadores han comprobado también que los híbridos entre variedades locales se comportan como si fueran locales desde el punto de vista funcional. Esto implica que para la mejora genética, la utilización de alguna de estas variedades tradicionales permitiría obtener variedades modernas con más antioxidantes y, por tanto, más potencial nutricional.
Por último, el estudio ofrece dos claves más: para obtener frutos de gran calidad resulta fundamental cultivar a temperaturas altas y con mucha luz.
“Este estudio nos ofrece, en definitiva, información de gran utilidad para determinar las mejores condiciones de cultivo y seleccionar el mejor material posible de cara a obtener frutos de berenjena con mejores propiedades nutricionales, organolépticas y bioactivas”, concluye Jaime Prohens.

Referencia bibliográfica:
Raquel San José, María-Cortes Sánchez-Mata, Montaña Cámara, Jaime Prohens. Eggplant fruit composition as affected by the cultivation environment and genetic constitution. Journal of the Science of Food and Agriculture, Volume 94, October 2014. DOI: 10.1002/jsfa.6623


Fuente: Universidad Politécnica de Valencia

lunes, 7 de julio de 2014

LOS POLINIZADORES, CLAVE PARA ENTENDER LA INTEGRACIÓN FENOTÍPICA DE LAS FLORES

Las flores son estructuras complejas integradas fenotípicamente (es decir, desempeñan una función para la que evolucionaron mediante selección natural) que benefician la eficacia de las plantas. Dicha integración se da en gran medida a través del ajuste morfológico y conductual de los polinizadores con las flores. Un estudio que cuenta con la participación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha confirmado que la especialización en los sistemas de polinización promueve la integración fenotípica de las flores.

La comunidad científica aceptaba ampliamente que las plantas que son polinizadas por un reducido número de especies animales -especialistas- exhiben flores más integradas que aquellas que son polinizadas por un amplio y diverso número de ellos –generalistas-. Ahora los resultados publicados en la revista Philosophical transactions B respaldan esta idea.


En este estudio los investigadores han empleado plantas relacionadas filogenéticamente entre sí, 40 especies del género Erysimum L. A diferencia de los pocos estudios existentes hasta la fecha, todas ellas son generalistas en su interacción en la polinización. “Por primera vez hemos demostrado con métodos analíticos rigurosos que a mayor grado de especialización en la interacción con los polinizadores, mayor nivel de integración fenotípica”, explica José María Gómez, científico del CSIC.

Los resultados del estudio demuestran que a pesar de ser un grupo de plantas generalistas, la mayoría tienen flores integradas fenotípicamente. Además, las especies más especialistas dentro de ellas tienen flores con un grado de integración fenotípica significativamente superior. “El futuro pasa ahora por comprobar si se trata de un patrón frecuente en la naturaleza o si es simplemente un fenómeno particular del grupo de especies incluidas en el presente estudio”, añade Gómez.


Jose María Gómez, Francisco Perfectti y Christian Peter Klingenberg. The role of pollinator diversity in the evolution of corolla-shape integration in a pollination-generalist plant clade. Philosophical transactions B. DOI: 10.1098/rstb.2013.0257

viernes, 4 de julio de 2014

LOS TOMATES DE CAMPO CONTIENEN MÁS VITAMINA E

La mejor manera de obtener los 30mg diarios de vitamina E que componen la dosis diaria recomendada por la Organización Mundial de la Salud (OMS) es a través del consumo de alimentos ricos en ella como frutas, verduras de hoja verde, cereales integrales y semillas. Por su alto valor nutricional, se intenta mejorar su concentración en alimentos de consumo masivo como el tomate.

Un estudio publicado en la revista Nature Communications, del que participaron Fernando Carrari, Ramón Asís e Iris Peralta, investigadores del CONICET y del INTA, demostró que los tomates cultivados en el campo tienen mayor expresión de vitamina E que los de invernadero. Comprobaron que esta diferencia clave sería atribuible a mecanismos epigenéticos, relacionados con las condiciones ambientales.

La vitamina E, también conocida como tocoferol, es un poderoso antioxidante que protege a las células contra el daño por radicales libres, disminuye la oxidación de ‘colesterol malo’ que interviene en la obstrucción las arterias. Además fortalece el sistema inmune contra virus y bacterias y reduce la incidencia de enfermedades degenerativas como cáncer, diabetes y patologías cardiovasculares. Estos factores la convierten en una vitamina esencial para una vida saludable.

Desde hace años el equipo de Fernando Carrari, investigador independiente del CONICET en el Centro de Investigaciones en Ciencias Veterinarias y Agronómicas del INTA, trabaja en descifrar el genoma del tomate. Con esa información se pueden identificar los genes involucrados en los frutos que se cosechan y a partir de eso implementar estrategias para fomentar la expresión de algunas cualidades como color, sabor o nutrición como en el caso de la vitamina E.

Carrari explica que la mayoría de los caracteres de interés agronómico del tomate tienen baja heredabilidad, es decir que en las distintas generaciones no se incrementa su presencia. “Que un fruto acumule más o menos vitamina E podría no estar relacionado con el genotipo en sí sino con cómo se modifica el ADN no estructural de esos genes bajo diferentes condiciones ambientales”, dice.

Estas modificaciones epigenéticas, es decir aquellas que afectan a los genes sin cambiar su secuencia de nucleótidos en el ADN de los cromosomas, están relacionadas con sus niveles de metilación, es decir la cantidad de grupos metilo (CH3-) que tienen.

Ramón Asís, investigador adjunto en el Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología (CIBICI, UNC-CONICET) explica que durante el trabajo descubrieron que la expresión de la vitamina E está influenciada por procesos epigenéticos. “La metilación del gen que codifica para una enzima que cataliza parte de la síntesis de vitamina E es una modificación epigenética que cambia la expresión de esta enzima”, indica.

A su vez, las condiciones ambientales modifican estos patrones de metilación, lo que altera la expresión del gen y por lo tanto la acumulación de vitamina E en los frutos de tomate.

Para comprobar esto se experimentó con plantas en dos condiciones ambientales contrastantes: la primera cultivando los tomates en un invernáculo, donde las condiciones de luz, temperatura, agua y cantidades de nutrientes controladas permiten obtener niveles óptimos de producción. Y la segunda en condiciones de campo, donde lo único regulado es el riego.

“Al comparar los resultados descubrimos que en el campo, donde la planta tiene que lidiar con otras condiciones ambientales, los niveles de metilación se modifican. Se reducen los niveles de metilación del gen, al mismo tiempo que aumenta su tasa de expresión, lo que lleva al incremento de los contenidos de vitamina E”, aclara Carrari.

En este sentido, los científicos advierten que el trabajo aporta conocimientos fundamentales para el mejoramiento de cultivos, porque permite comprender los mecanismos genéticos, moleculares y bioquímicos que regulan la síntesis de vitamina E y ayuda a entender las razones de la baja heredabilidad de este tipo de caracteres.

“Es importante señalar la necesidad de considerar este tipo de regulación en programas de mejoramiento genético que tiendan a obtener cultivares con mayor valor nutricional”, agregan.

Tomate Criollo

Iris Peralta, investigadora independiente en el Instituto Argentino de Investigaciones en las Zonas Áridas (IADIZA, UNCU-CONICET) y profesora de la Universidad Nacional de Cuyo (UNCU) explica que desde hace más de diez años trabajan en proyectos para rescatar las variedades de tomates cultivadas por pequeños productores por el sabor y las cualidades nutricionales de sus frutos. Estas, no se encuentran actualmente en escala comercial porque no tienen buena vida poscosecha, ni resisten enfermedades y nematodos. Sin embargo, conservan excelentes características de sabor, color y calidad, y constituyen un importante reservorio de genes que tiene alto impacto en el mejoramiento genético de la especie, como demuestran los resultados de esta investigación.

Como parte de proyecto de recuperación de ese tomate llamado “criollo”, visitaron productores que cultivan pequeñas parcelas en las zonas andinas y cuyanas, e hicieron una colección muy diversa de ese tomate que se conserva en el Banco de Germoplasma de especies hortícolas del INTA La Consulta en Mendoza. Con ese germoplasma, que conforma el conjunto de genes, evaluaron que sucedía en distintos entornos o backgrounds genéticos.

“Lo interesante es que al explorar qué pasaba en las variedades de tomate mantenidas de manera tradicional y compararlas con las comerciales encontramos que hay una importante variación en las características de calidad y valor nutricional de los frutos. La evaluación en el campo comprobó lo que se estaba experimentando en los laboratorios, que lo epigenético tiene mucho que ver en la expresión de ciertos caracteres, en este caso de la vitamina E”, concluye.

FUENTE: CONICET/DICYT