En todo el mundo, los científicos trabajan para producir cultivos con mayor tolerancia al estrés ambiental. Por ejemplo, los fitomejoradores intentan que el maíz prospere en suelos difíciles. Pero este reto presenta su propio desafío: las raíces se encuentran bajo tierra y, por lo tanto, son difíciles de estudiar. Como resultado, aunque las raíces son de vital importancia para la salud de las plantas —proporcionando nutrientes, agua y soporte estructural—, a menudo se las excluye de la investigación de campo.

Una nueva encuesta Estudio, de López-Valdivia y colegas, es el primero en abordar esta brecha de conocimiento utilizando maíz variedades locales Procedentes de todo el continente americano, su estudio combinó la anatomía de las raíces del maíz en condiciones reales con las características del suelo y la modelización por ordenador para simular el crecimiento radicular ideal en distintos entornos edáficos. Lograron identificar tanto adaptaciones específicas a estrés edáfico concreto como adaptaciones más amplias, adecuadas para diversos entornos.

"Anatómica de la raíz fenotipos «Los fenotipos radiculares que reducen el costo metabólico de la exploración del suelo son útiles en diversos tipos de suelo. Esto los convierte en objetivos atractivos para el mejoramiento genético», afirma el profesor Jonathan Lynch, autor principal del artículo. «Este estudio se suma a la creciente evidencia de que los fenotipos radiculares bajo control genético son objetivos atractivos para la creación de cultivos más resistentes, tan necesarios en la agricultura mundial».

Según Lynch, la utilización de fenotipos radiculares en el mejoramiento de cultivos ha sido marginal hasta la fecha, no solo por las dificultades para estudiarlos, sino también porque a los mejoradores les preocupa que "puedan estar seleccionando fenotipos útiles en suelos o entornos específicos, pero que no lo serían en muchos otros. Este tipo de adaptación amplia es importante en muchos casos".

Recurrieron a las variedades locales para encontrar una amplia adaptabilidad, ya que están adaptadas a entornos con bajos insumos, como una menor disponibilidad de nitrógeno o fósforo, y a menudo son más resistentes a los estreses abióticos que los cultivares de élite desarrollados para la producción con altos insumos.

Los investigadores descubrieron que las raíces del maíz se configuran de forma natural para evitar altos costes metabólicos durante la exploración del suelo, y concluyen que las "arquitecturas radiculares intermedias" deberían ser el objetivo de las estrategias de mejora genética para favorecer el crecimiento en una amplia variedad de suelos.

"Incluso los sistemas de producción de cultivos que requieren muchos insumos están experimentando un mayor estrés abiótico debido al cambio climático, y se beneficiarían de una reducción en los requerimientos de insumos, por lo que este estudio es estratégicamente relevante para la producción mundial de maíz", dice Lynch.  

Los investigadores basaron sus conclusiones en imágenes de raíces de un panel diverso de variedades locales de maíz (Zea mays L. subesp. mays). Se tomaron imágenes de 'raíces nodalesLas raíces nodales (también conocidas como raíces coronarias) son el sistema radicular principal del maíz. Estas raíces emergen de los nudos del tallo, situados por encima de la semilla, pero bajo la superficie del suelo, en los tejidos del cuello de las hojas. Además, se tomó una imagen de las raíces seminales, que emergen del embrión de la semilla, para cada planta.

“Para cada nódulo, medimos el ángulo, el número de raíz nodal, la frecuencia de ramificación lateral y el diámetro de la raíz”, escriben López-Valdivia y sus colegas. Además, se seleccionó la segunda raíz nodal para realizar estudios anatómicos más detallados.

Los investigadores descubrieron que las plantas de maíz con menor número de raíces nodales y un ángulo de crecimiento pronunciado crecían mejor en regiones con escasez de nitrógeno. Las variedades locales de maíz con mayor número de raíces nodales y una estructura menos profunda se desarrollaban bien en suelos con bajo contenido de fósforo.

Se estudiaron cuatro accesiones de maíz procedentes de los ambientes áridos y húmedos más extremos de América. Las regiones húmedas, que presentan buena disponibilidad de nitrógeno pero baja disponibilidad de fósforo, incluyeron maíz de Costa Rica y Perú. Las regiones áridas, que presentan baja disponibilidad de nitrógeno pero alta disponibilidad de fósforo, incluyeron Argentina, Perú y Colorado (EE. UU.).

López-Valdivia y sus colegas ampliaron la aplicabilidad de su trabajo mediante un análisis de estructura-función de 96 variedades locales de maíz, simulando el éxito de diferentes arquitecturas radiculares en distintos entornos de América (es decir, niveles de precipitación, altitud, disponibilidad de nitrógeno y fósforo). El análisis de agrupamiento de las variedades locales dividió las accesiones de maíz en cuatro grupos que asociaron claramente diferentes fenotipos radiculares con distintos ambientes edáficos.

“Esto indica que los fenotipos anatómicos que reducen el coste metabólico de la raíz mejoran el rendimiento de la planta independientemente del entorno, mientras que los fenotipos arquitectónicos de la raíz proporcionan una adaptación más específica al entorno”, escriben López-Valdivia y sus colegas.

LEE EL ARTÍCULO: López-Valdivia, I., Rangarajan, H., Vallebueno-Estrada, M. y Lynch, J.(2025) La amplia adaptación ambiental está asociada con fenotipos anatómicos de la raíz en variedades locales de maíz: un in silico estudio. Annals of Botany. Disponible en: https://doi.org/10.1093/aob/mcaf179.

Imagen de portada: Variedades locales de maíz preparándose para el análisis de raíces. Imagen cortesía del profesor Jonathan Lynch de la Laboratorio Roots en PennState.