Search
Desxifrant els secrets de l'ús del nitrogen en la patata: Una via per a reduir la dependència dels fertilitzants
Aquesta recerca facilita el camí cap a pràctiques agrícoles sostenibles millorant l'eficiència de l'ús del nitrogen en el cultiu de la patata.
- Els investigadors han identificat el factor StCDF1 com un regulador clau de l'ús del nitrogen en la patata, que influeix tant en l'absorció de nitrats com en el desenvolupament del tubercle.
- La inactivació del gen StCDF1 en cultivars moderns de patata permet augmentar la conversió de nitrat en nitrit, un pas essencial per a l'assimilació del nitrogen.
- Aquest descobriment aplana el camí per al desenvolupament de varietats de patata d'alt rendiment i més eficients en l'ús del nitrogen.
En un món en el qual la seguretat alimentària es veu cada vegada més amenaçada pel canvi climàtic i el creixement demogràfic, els investigadors recorren a solucions genètiques per a millorar la resistència dels cultius. Un recent estudi dirigit per Salomé Prat, investigadora del CSIC en el CRAG, ha revelat troballes pioneres sobre el paper del gen StCDF1 en l'eficiència de l'ús del nitrogen en la patata (Solanum tuberosum), aliment bàsic de milions de persones.
L'estudi, publicat en New Phytologist en col·laboració amb el grup de Christian Bachem, de la Universitat de Wageningen (WUR), amplia el paper de StCDF1 més enllà de la seva funció fins ara coneguda com a regulador central de la tuberització diürna. La formació de tubercles és una estratègia adaptativa de les plantes de patata per a sobreviure a l'hivern i es desencadena quan la durada del dia és més curta i les temperatures més fredes són percebudes per la planta com l'arribada de l'hivern.
Maroof Ahmed Shaikh, primer autor de l'estudi, assenyala: “La integració d'aquests senyals ambientals afavoreix la formació de tubercles. Aquests òrgans romanen latents en el sòl durant l'hivern i desperten a la primavera per a formar una nova planta. Sovint notem aquest despertar a casa quan les patates més velles comencen a brollar”.
En les patates silvestres, la formació de tubercles depèn estrictament dels dies curts. No obstant això, les cultivars modernes porten mutacions en un locus anomenat earliness que els permet escapar a aquest estricte control. Aquesta adaptació es va produir després de la introducció de la patata a Europa, donant lloc a varietats de maduració primerenca que porten una o més còpies d'aquests al·lels. Aquestes mutacions d'origen natural augmenten l'estabilitat del factor StCDF1, un actor clau en la via de la durada del dia que modula l'expressió de SP6A, membre de la família FLOWERING LOCUS T i principal senyal de tuberització.
Millora de la utilització del nitrogen mitjançant innovacions genètiques
Els resultats revelen que StCDF1 no sols actua com a regulador de la via de tuberització, sinó que també controla directament l'expressió de diversos gens implicats en l'assimilació i el transport de nitrogen. Mitjançant una combinació d'estudis d'unió a l'ADN i d'expressió gènica, els investigadors van observar que StCDF1 s'uneix a la regió promotora de la Nitrat reductasa (StNR), un enzim que catalitza el pas que limita la velocitat de reducció del nitrat dins de la cèl·lula. Sorprenentment, les patates posseeixen una sola còpia del gen StNR, a diferència de la majoria de les plantes, que tenen diverses còpies, la qual cosa els permet una major eficiència en la utilització del nitrat.
La recerca va emprar tècniques avançades, com la DAP-seq (purificació i seqüenciació per afinitat de l'ADN), per a identificar les dianes directes de StCDF1. Aquest mètode va revelar pics de reconeixement d'ADN en diversos gens sensibles al nitrogen.
Les línies knock-down de StCDF1, que van reduir els nivells de transcripció, van mostrar un millor rendiment en condicions de limitació de nitrogen degut a la falta de repressió de StNR. Amb StCDF1 silenciat, les plantes de patata podien expressar més StNR, la qual cosa conduïa a una millor utilització del nitrogen. A més, el descobriment de polimorfismes a la regió reguladora del StNR indica que aquestes variacions genètiques poden haver evolucionat en les primeres cultivars de patata com a mecanisme compensatori, ajudant aquestes plantes a adaptar-se als efectes adversos de l'estabilització del StCDF1, millorant així la seva capacitat d'assimilació del nitrogen.
Salomé Prat va destacar la importància d'aquests descobriments: "La novetat de la nostra recerca radica en el fet que hem descobert el doble paper de StCDF1 en la regulació tant de la tuberització com de les vies d'assimilació del nitrogen. Aquest coneixement revela noves dianes genètiques i moleculars per a millorar la utilització del nitrogen en la patata”.
Implicacions per a l'agricultura sostenible
Les implicacions d'aquesta recerca són profundes i contribueixen a l'objectiu més ampli de l'agricultura sostenible. L'estudi proporciona dianes moleculars que poden utilitzar-se per a l'obtenció de varietats de patata climàticament intel·ligents que requereixin menys aportacions de nitrat per a una producció elevada de tubercles. Els fitomilloradors podrien aprofitar aquests coneixements per a desenvolupar varietats de patata menys dependents dels fertilitzants químics.
En conclusió, aquest estudi no sols enriqueix la nostra comprensió de la biologia de la patata, sinó que també serveix com a raig d'esperança per a l'agricultura sostenible, demostrant el poder de la ciència de les plantes per a fer front als desafiaments globals. Aprofitant els avanços genètics, el sector agrícola pot avançar cap a pràctiques més resistents i respectuoses amb el medi ambient, garantint la seguretat alimentària de les generacions futures.
Article de referència
Maroof Ahmed Shaikh, Lorena Ramírez-Gonzales, José M. Franco-Zorrilla, Evyatar Steiner, Marian Oortwijn, Christian W.B. Bachem, Salomé Prat. StCDF1: A “jack of all trades” clock output with a central role in regulating potato nitrate reduction activity. New Phytologist, https://doi.org/10.1111/nph.20186
Sobre els autors i el finançament de l'estudi
Aquest treball ha comptat amb el suport del projecte ERA CAPS HotSol finançat pel Consell de Recerca Holandès (projecte 849.13.001 del NWO), el projecte FlowerPot i l'ajuda financera de la Divisió de Ciències de la Terra i de la Vida ALW del NWO. Aquest projecte ha rebut finançament del programa de recerca i innovació Horitzó 2020 de la Unió Europea en virtut de l'acord de subvenció núm. 862858. Maroof Ahmed Shaikh ha rebut un contracte predoctoral del projecte ADAPT en virtut de l'acord de subvenció núm. 862858. Lorena Ramírez-Gonzales va rebre una beca del FONDECYT-CONCYTEC, Lima, el Perú (beca no. 090-2016-FONDECYT). El treball en el grup de José M. Franco-Zorrilla va ser finançat per la beca PID2020-119451GB-I00 del Ministeri de Ciència i Innovació d'Espanya.
Sobre New Phytologist
New Phytologist és una revista internacional líder centrada en la recerca original d'alta qualitat en l'ampli espectre de les ciències de les plantes, des dels processos intracel·lulars fins al canvi mediambiental global. La revista és propietat de la New Phytologist Foundation, una organització sense ànim de lucre dedicada a la promoció de les ciències de les plantes.