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Aproximadamente El 50% de la población mundial depende del arroz para su alimentación diaria. En este sentido, la mejora del rendimiento del grano de arroz es una de las áreas más importantes en el campo de la investigación del arroz.
El arroz es una de las plantas más susceptibles a la sequía. debido a su pequeño sistema de raíces, cera cuticular delgada y cierre rápido de estomas. Una mejor comprensión de los cambios inducidos por la sequía en el arroz es esencial para guiar la producción sostenible de arroz bajo el cambio climático.
Chun Yue Maurice Cheung, Profesor Asistente de Ciencias en Yale-NUS College en Singapur y Rahul Shaw, becario postdoctoral en la Universidad de Radboud en los Países Bajos colaboraron en un proyecto para examinar el efecto de la sequía en el crecimiento del arroz, el rendimiento y los procesos metabólicos.
“Hasta la fecha, no ha habido mucho progreso que relacione directamente los parámetros relacionados con el clima, como el potencial de las aguas subterráneas, para usarlos como restricciones en un modelo metabólico a escala del genoma”, dice Cheung. “Estos parámetros están presentes en los modelos de crecimiento de cultivos, por lo que integramos dos tipos de modelos, análisis de balance de flujo y crecimiento de plantas, para estudiar las adaptaciones metabólicas a los cambios climáticos”.
Los modelos de análisis de equilibrio de flujo se centran en el comportamiento celular interno al predecir las actividades de los procesos metabólicos, como los mecanismos de conversión de nutrientes y energía. Los autores actualizaron y utilizaron el Modelo metabólico a escala del genoma del arroz existente (GSM) Os2384. Los modelos de crecimiento de las plantas calculan las tasas de asimilación de carbono de la estructura del dosel y la producción de biomasa específica de órganos en la escala de tiempo de unos pocos meses impulsada por factores ambientales como la sequía. Los autores utilizaron ESTUDIOS ALIMENTARIOS MUNDIALES (WOFOST) para este estudio. La integración de estos modelos ingresa las restricciones de biomasa específicas del día para cada órgano del modelo de crecimiento de la planta en el modelo metabólico a escala del genoma para determinar los cambios metabólicos diarios involucrados en el crecimiento del arroz desde la plántula hasta el desarrollo de la semilla en condiciones normales y con limitaciones de agua (Figura 1 ).
Las simulaciones mostraron que las plantas con estrés por limitación de agua tenían tasas de crecimiento más bajas y un período de crecimiento más corto, lo que resultó en una biomasa total más baja que en condiciones normales. La menor biomasa, a su vez, redujo la asimilación, el transporte y el almacenamiento de N y C, lo que resultó en una reducción del rendimiento.
Para descubrir los mecanismos de estos cambios, los autores evaluaron la dinámica metabólica. La mayoría de las diferencias metabólicas se observaron entre las dos condiciones durante la reproducción y el llenado de grano, lo que indica que estas son las etapas más sensibles al estrés hídrico.
"El análisis del metabolismo en diferentes etapas de crecimiento del desarrollo de toda la planta y su comparación entre las condiciones de control y estrés permite a los investigadores comprender mejor la plasticidad metabólica de la planta y las adaptaciones a un clima cambiante, y potencialmente identificar objetivos de mejora", dice Cheung.
Este enfoque se puede generalizar a cualquier especie con modelos de crecimiento de cultivos disponibles y modelos metabólicos basados en restricciones.
Todos los guiones y modelos utilizados en este estudio son de acceso abierto y están disponibles gratuitamente en: github.com/mauriceccy/rice-crop-fba-modelo
traducción al español por Lorena Marchante
