Mandioca

En los trópicos, la yuca ocupa el tercer lugar como fuente de calorías justo detrás del arroz y el maíz, y normalmente lo cultivan pequeños agricultores de escasos recursos en tierras marginales. Un cultivo naturalmente tolerante a la sequía, proporciona un alimento básico fundamental para muchas poblaciones vulnerables a la inseguridad alimentaria. Pero la yuca a menudo se ve como un primo pobre en la familia mundial de cultivos básicos.

La mejora y la adopción ampliada de cultivos adecuados para el crecimiento con recursos hídricos limitados en tierras marginales es fundamental para garantizar la seguridad alimentaria, dada la tierra cultivable limitada y el crecimiento demográfico, agravado aún más por los efectos del cambio climático. En el África subsahariana y en gran parte de los trópicos y subtrópicos, el desarrollo y uso de variedades de cultivos con alta eficiencia en el uso del agua es particularmente importante para áreas marginales con suelos pobres, precipitaciones irregulares y donde el riego no está disponible o no es asequible para los recursos. -agricultores pobres. En este sentido, la yuca merece especial atención debido a su estatus y potencial adicional como seguridad alimentaria y cultivo comercial para la mayoría de los hogares que viven en áreas marginales de los trópicos y subtrópicos.

Se ha estimado que el estrés por humedad o sequía es el estrés ambiental más adverso para los cultivos, y representa más del 70% de las pérdidas potenciales de rendimiento agrícola en todo el mundo. En África, el ciclo de crecimiento de la yuca generalmente se ve interrumpido por 3 a 6 meses de sequía, lo que influye en varios procesos fisiológicos de las plantas y reduce el crecimiento, el desarrollo y el rendimiento económico. En general, la yuca puede resistir períodos significativos de estrés por sequía. Sin embargo, existe un rango de niveles de tolerancia a la sequía en el germoplasma disponible, y su crecimiento y productividad en áreas marginales se ven limitados por el severo estrés por sequía, especialmente durante las primeras etapas de crecimiento. El desarrollo de variedades de yuca con características preferidas por los agricultores y una mayor tolerancia a la sequía permitirá su cultivo ampliado y rendimientos elevados en áreas marginales.

Dados los desafíos inherentes al mejoramiento de la yuca, la comprensión de la base molecular de las respuestas y la tolerancia a la sequía de la yuca puede ser de gran ayuda en el desarrollo de variedades apropiadas. El mejoramiento convencional se ha visto obstaculizado por la alta heterocigosidad de la yuca, la interacción genotipo-ambiente, el largo ciclo de vida y la producción limitada de semillas, mientras que el mejoramiento molecular se ve obstaculizado por la información limitada sobre las regiones genómicas y los genes asociados con la tolerancia a la sequía en la yuca. Los esfuerzos para mejorar la eficiencia del uso del agua de la yuca a través del mejoramiento convencional han sido limitados en muchas partes del mundo. Los programas de mejoramiento en América Latina han identificado con éxito germoplasma con mayores niveles de tolerancia a la sequía, con un rendimiento de 2 a 3 veces mayor que los genotipos típicos de yuca en condiciones semiáridas.

La tolerancia de las plantas al estrés por sequía es un rasgo complejo con varias capas de respuestas moleculares y fisiológicas que interactúan. Las respuestas al estrés por sequía y los genes de tolerancia se han caracterizado bien en varias especies de plantas, lo que permite conocer las vías generales involucradas y los posibles mecanismos y genes de tolerancia en otras especies. La resistencia de las plantas al estrés por sequía se puede lograr a través del escape (p. ej., tiempo de floración temprana en ambientes más secos), la evitación (p. ej., control de la transpiración por los estomas y el desarrollo de extensos sistemas de raíces), flexibilidad fenotípica, conservación de agua en los tejidos, defensas antioxidantes, regulación del crecimiento de las plantas por hormonas y ajuste osmótico. El estrés por sequía induce la acumulación de metabolitos y proteínas relacionadas con la sequía.

Ecofisiológicamente, se han identificado mecanismos de tolerancia a la sequía en la yuca, como la evitación, mediante el cierre parcial de estomas para reducir la transpiración, el desarrollo de sistemas radiculares extensos y reducciones proporcionalmente estratégicas en la cubierta foliar; sin embargo, en algunos estudios se ha correlacionado una mayor retención de hojas con la tolerancia a la sequía, por lo que la relación entre la retención de hojas y la tolerancia a la sequía depende del genotipo y probablemente de factores ambientales (por ejemplo, la severidad de la sequía). Si bien un número limitado de estudios moleculares han secuenciado bibliotecas de etiquetas de secuencias expresadas normalizadas de yuca bajo estrés por sequía, no se han realizado estudios moleculares que cuantifiquen la expresión génica en genotipos de yuca únicos o contrastantes en condiciones similares a las del campo, lo que permitiría la identificación de tanto los genes sensibles a la sequía como los candidatos a la tolerancia a la sequía son los más relevantes para los esfuerzos de mejora de la sequía de la yuca.

Un nuevo estudio sobre la revista de acceso abierto AoB PLANTS ha confirmado el estado tolerante a la sequía y susceptible a la sequía de variedades de yuca mejoradas y preferidas por los agricultores que ahora forman parte del germoplasma que se está integrando en el programa de mejoramiento en el Instituto Nacional de Investigación de Recursos de Cultivos en Uganda para desarrollar yuca tolerante a la sequía con otros agricultores -Características preferidas. Se evaluaron las respuestas morfológicas y fisiológicas de los dos genotipos al estrés por sequía. También se analizaron los niveles de expresión relativos de los genes que previamente se demostró que están funcionalmente involucrados o asociados con las respuestas al estrés por sequía en otras especies. Este estudio brinda una caracterización general de las respuestas a la sequía en la yuca, lo que genera marcadores basados ​​en la expresión y genes candidatos de tolerancia a la sequía para los esfuerzos continuos de mejoramiento de la yuca. Una comprensión molecular de las respuestas a la sequía de esta especie tolerante a la sequía también puede proporcionar información para aumentar la tolerancia a la sequía de especies más sensibles a la sequía.

Caracterización fisiológica y molecular de las respuestas a sequía e identificación de genes candidatos de tolerancia en yuca. (2013) AoB PLANTS 5: plt007 doi: 10.1093/aobpla/plt007
Resumen

La yuca es un importante cultivo de raíces para los agricultores de escasos recursos en áreas marginales, donde su producción enfrenta restricciones de estrés por sequía. Dadas las dificultades asociadas con el mejoramiento de la yuca, una comprensión molecular de la tolerancia a la sequía en la yuca ayudará en la identificación de marcadores para usar en la selección asistida por marcadores y genes para la mejora transgénica de la tolerancia a la sequía. Este estudio se llevó a cabo para identificar genes candidatos de tolerancia a la sequía y marcadores basados ​​en la expresión del estrés por sequía en la yuca. Una variedad autóctona de yuca tolerante a la sequía (variedad mejorada) y una variedad autóctona de yuca susceptible a la sequía (preferida por los agricultores) se cultivaron en el invernadero en condiciones de riego abundante y escasez de agua. Se caracterizaron sus respuestas morfológicas, fisiológicas y moleculares a la sequía. Las mediciones morfológicas y fisiológicas indican que la tolerancia de la variedad mejorada se basa en evitar la sequía, mediante la reducción de la pérdida de agua mediante el cierre parcial de los estomas. Diez genes que previamente habían sido biológicamente validados como que confieren o están asociados con la tolerancia a la sequía en otras especies de plantas fueron confirmados como sensibles a la sequía en la yuca. Se identificaron cuatro genes (MeALDH, MeZFP, MeMSD y MeRD28) como genes candidatos de tolerancia a la sequía de la yuca, ya que estaban exclusivamente regulados al alza en el genotipo tolerante a la sequía a niveles comparables que se sabe que confieren tolerancia a la sequía en otras especies. Sobre la base de estos genes, planteamos la hipótesis de que la base de la tolerancia a nivel celular es probablemente a través de la mitigación del estallido oxidativo y el ajuste osmótico. Este estudio proporciona una caracterización inicial de la respuesta molecular de la yuca al estrés por sequía que se asemeja a las condiciones de campo. Los genes que responden a la sequía ahora se pueden usar como marcadores basados ​​en la expresión de la tolerancia al estrés por sequía en la yuca, y los genes de tolerancia candidatos se prueban en el contexto del mejoramiento (como posibles loci de rasgos cuantitativos) y la ingeniería de tolerancia a la sequía en transgénicos.

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