• El sorgo es un cultivo de creciente importancia para la nutrición animal y también humana, especialmente en regiones áridas y semiáridas, debido a su resistencia natural a la sequía y a las altas temperaturas.
• Investigadores del CRAG han identificado los mecanismos moleculares responsables de la resistencia a la sequía en el sorgo y han desarrollado herramientas que podrían usarse en aplicaciones biotecnológicas.
• Estos avances podrían combatir los efectos del cambio climático, reduciendo la dependencia de las importaciones y mejorando la seguridad alimentaria para el consumo humano.

En una serie de tres estudios recientes, un equipo dirigido por la investigadora CSIC del CRAG Ana I. Caño-Delgado ha logrado avances significativos en la comprensión de los mecanismos moleculares y la mejora genética del sorgo, el quinto cereal más cultivado del mundo, especialmente importante en regiones áridas y semiáridas. La importancia de este cereal radica en su papel en el futuro de la nutrición humana y animal, ya que proporciona una alternativa sostenible para las zonas que se enfrentan a la escasez de agua.

La creciente importancia del sorgo

El sorgo está ganando reconocimiento como alimento básico en muchas partes del mundo, también fuera de África, donde se cultiva desde hace siglos, debido a sus múltiples beneficios nutricionales y su resistencia a condiciones climáticas adversas. En Europa, el cultivo de sorgo está aumentando y se está promoviendo como alternativa para la rotación de cultivos, especialmente en regiones con escasez de agua. La Unión Europea está promoviendo activamente el cultivo de sorgo por su resistencia al clima, con un aumento del 57% en la producción total de sorgo durante la última década. Francia, en particular, está a la vanguardia de esta tendencia, con 103.000 hectáreas dedicadas al cultivo de sorgo el año pasado. España, por su parte, es uno de los principales importadores de sorgo en Europa, principalmente para alimentación animal, aunque también tiene perspectivas para la alimentación humana en el futuro. En 2020, en España se importaron 158.000 toneladas, con lo que un aumento de su cultivo en el territorio podría reducir la dependencia de las importaciones. A modo de referencia, en el último semestre España importó 303.000 toneladas de cebada, siendo este el tercer cultivo más importado.

Contribuciones científicas del CRAG

Los esfuerzos en investigación realizados en el CRAG están a la vanguardia del avance de la ciencia del sorgo, centrándose en mejorar su adaptabilidad a condiciones de estrés y en perfeccionar su manejo en el laboratorio para futuros procesos de mejora genética. Durante los últimos 20 años, el grupo de investigación dirigido por Ana I. Caño-Delgado se ha dedicado al estudio de este cereal, recibiendo numerosas ayudas, entre ellas una ERC PoC otorgada por el European Research Council (ERC). En los últimos seis meses, este grupo ha publicado tres artículos científicos de gran relevancia para el sector.

En el primero de estos tres estudios, publicado en la revista Plant Biotechnology, el equipo de investigación descubrió que mutaciones en la proteína receptora de brasinoesteroides (SbBRI1) del sorgo (Sorghum bicolor) alteran el metabolismo de los fenilpropanoides y confieren tolerancia a la sequía. Este hallazgo pone de manifiesto un mecanismo molecular para aumentar la resistencia a la sequía en el sorgo, un rasgo crucial para el desarrollo de una agricultura climáticamente resistente.

En un segundo trabajo, publicado en The Plant Journal, se detallaba un avance significativo en la biotecnología del sorgo: un método eficaz de transformación del sorgo mediante un sistema de vectores para mejorar el traspaso de ADN combinado con reguladores morfogénicos. Las herramientas y métodos usados hasta la fecha no eran lo bastante eficaces para estudiar determinadas variedades de sorgo, lo que suponía un reto importante para científicos y mejoradores. Este nuevo protocolo resuelve este problema al permitir una transformación altamente eficiente mediante Agrobacterium tumefaciens y posibilita la aplicación de nuevas técnicas de mejora genética, como la edición de genes, para acelerar la mejora de los cultivos. Esta tecnología proporciona una herramienta útil para crear y estudiar mutantes de interés con una gran eficiencia en la transformación del sorgo recalcitrante (variedades resistentes a la transformación genética), multiplicando por dos la eficiencia de transformación.

Juan B. Fontanet-Manzaneque, primer autor de ambos estudios, subrayó la importancia de estos avances en el cultivo del sorgo: “Nuestro objetivo era dotar a la comunidad del sorgo de herramientas moleculares de vanguardia para acelerar la mejora de esta planta, así como de algunos genes diana clave, esenciales para desarrollar cultivos resistentes a la sequía.”

El tercer estudio, que se publica hoy en la revista New Phytologist, caracteriza el papel de SbBRI1 en el desarrollo de la raíz, concretamente en la región del meristemo, vinculando BRI1 al metabolismo de la pared celular y demostrando que la proteína SbBRI1 del sorgo desempeña papeles funcionalmente conservados en el crecimiento y desarrollo de la planta. El desarrollo de la raíz es crucial para el crecimiento general y la salud de la planta, y también influye en la forma en la que esta responde a los factores de estrés ambiental.

Andrés Rico-Medina, primer autor del estudio, destaca la técnica implementada: “Adaptamos los protocolos de tinción e imagen que se utilizan en plantas modelo como Arabidopsis para que sean útiles en estudios con sorgo”. También señala que “esta adaptación sirve para tender un puente entre los estudios de sequía en laboratorio y un contexto más agronómico, facilitando así la aplicación práctica de estos avances científicos.”

Implicaciones políticas y socioeconómicas

El sorgo se considera cada vez más un cultivo crucial para la adaptación al cambio climático debido a su tolerancia a las altas temperaturas y a la sequía, especialmente en comparación con el maíz, que es el cereal más cultivado en Europa y es muy susceptible al estrés hídrico. Los estudios indican que se prevé un aumento de la importancia del sorgo en Europa debido al cambio climático. Además, la expansión de este cultivo en España podría crear nuevas oportunidades económicas para los agricultores, reducir la dependencia de las importaciones y fomentar la producción agrícola local.  En Cataluña se produjeron más de 100.000 toneladas de sorgo en 2023, de las cuales más del 90% se destinaron a alimentación animal.

Además, el sorgo es un cereal naturalmente sin gluten, una característica especialmente relevante en la industria alimentaria. Sumado a su adaptabilidad y alto valor nutricional, lo convierte en un cultivo clave para mejorar la seguridad alimentaria. El aumento de alrededor de un 6% de la demanda de sorgo para consumo humano en 2024 pone de manifiesto su potencial para mejorar la nutrición, especialmente cuando la investigación está dando lugar a nuevas variedades de sorgo.

En palabras de Ana I. Caño-Delgado, responsable del grupo y del estudio: “Esta investigación representa una gran oportunidad para que el CRAG establezca proyectos de transferencia de tecnología, fomente la colaboración público-privada y ponga de relieve el excelente trabajo de nuestros investigadores.”

Estos tres revolucionarios avances científicos no solo allanan el camino hacia un cultivo de sorgo más sostenible y productivo, sino que también suponen un paso decisivo para afrontar los retos mundiales de la seguridad alimentaria y la nutrición. Además, este hallazgo es relevante para otros cultivos esenciales como el maíz, el trigo y el arroz, porque también contienen vías de señalización de brassinosteroides. Esto abre la puerta a una agricultura climáticamente inteligente con variedades más resistentes y sostenibles.

Artículos de referencia

Andrés Rico-Medina, Natalie Laibach, Juan B. Fontanet-Manzaneque, David Blasco-Escámez, Fidel Lozano-Elena, Damiano Martignago, and Ana I. Caño-Delgado. Molecular and physiological characterization of brassinosteroid receptor BRI1 mutants in Sorghum bicolor. New Phytologist, https://doi.org/10.1111/nph.20443 

Juan B. Fontanet-Manzaneque, Jari Haeghebaert, Stijn Aesaert, Griet Coussens, Laurens Pauwels, Ana I. Caño-Delgado. Efficient sorghum and maize transformation using a ternary vector system combined with morphogenic regulators. The Plant Journal, https://doi.org/10.1111/tpj.17101

Juan B. Fontanet-Manzaneque, Natalie Laibach, Iván Herrero-García, Veredas Coleto-Alcudia, David Blasco-Escámez, Chen Zhang, Luis Orduña, Saleh Alseekh, Sara Miller, Nanna Bjarnholt, Alisdair R. Fernie, José Tomás Matus, Ana I. Caño-Delgado. Untargeted mutagenesis of brassinosteroid receptor SbBRI1 confers drought tolerance by altering phenylpropanoid metabolism in Sorghum bicolor. Plant Biotechnology Journal, https://doi.org/10.1111/pbi.14461

Sobre los autores y la financiación del estudio

Ana I. Caño-Delgado es beneficiaria de una beca BIO2016-78150-P financiada por el Ministerio de Economía y Competitividad y la Agencia Estatal de Investigación (MINECO/AEI) y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER), y una European Research Council, ERC Consolidator Grant (ERC-2015-CoG - 683163). Juan B. Fontanet-Manzaneque cuenta con el apoyo de la beca 2017SGR718 de la Secretaria d'Universitats i Recerca del Departament d'Empresa i Coneixement de la Generalitat de Catalunya y de la ERC- 2015-CoG - 683163 concedida al laboratorio de Ana I. Caño-Delgado. Natalie Laibach ha recibido financiación del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea en el marco del acuerdo de subvención Marie Skłodowska-Curie nº 945043 y ha contado además con el apoyo de la subvención CEX2019-000902-S financiada por MCIN/AEI/10.13039/501100011033. Andrés Rico-Medina recibió una beca predoctoral de la Fundación Tatiana Pérez de Guzmán el Bueno. David Blasco-Escámez y Damiano Martignago están financiados por el ERC-2015-CoG - 683163 concedido al laboratorio Ana I. Caño-Delgado. Este proyecto ha recibido financiación del Consejo Europeo de Investigación (ERC) en el marco del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea (Acuerdo de subvención nº 683163). Este trabajo ha contado con el apoyo del Programa CERCA de la Generalitat de Catalunya. Agradecemos el apoyo financiero del Ministerio de Economía y Competitividad de España (MINECO), a través del «Programa Severo Ochoa para Centros de Excelencia en I+D» 2016-2019 (SEV-2015-0533).