Caracterización génica y funcional de cebada mutagenizada con respuesta mejorada al aumento del CO2 atmosférico

Resumen

[ES]Según las predicciones del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC), la concentración atmosférica de CO2 está prevista para ser más del doble de la concentración actual a finales de este siglo. La exposición de plantas con metabolismo C3 a concentraciones elevadas de CO2 a lo largo del tiempo, puede suponer una represión fotosintética, con una redistribución de recursos de los componentes de la maquinaria fotosintética, incluida la enzima Rubisco. Una selección, bajo condiciones de alto CO2, de 26000 plantas de Hordeum vulgare cv. Graphic mutagenizadas con azida sódica condujo a la selección de una línea mutante extrema (G132). El estudio de estas plantas de cebada en condiciones de CO2 elevado puede proveer de una importante ventaja a la hora de identificar las limitaciones en la fotosíntesis y el crecimiento en esta atmósfera futura. El objetivo de esta investigación fue conocer los cambios transcripcionales, bioquímicos y fisiológicos implicados en la respuesta de la cebada al enriquecimiento en CO2 de la atmósfera, para intensificar dicha respuesta con nuevas variedades obtenidas mediante mejora genética. La primera parte de este estudio se centró en caracterizar el mutante G132 de cebada examinando sus diferencias con el genotipo silvestre Graphic en la fotosíntesis, el metabolismo y la expresión génica, con sus consecuencias en el crecimiento y la producción. Encontramos una fotosíntesis muy reducida debido a la escasa concentración de enzima Rubisco, clorofilas y proteínas del transporte electrónico cloroplástico. Encontramos también una elevada apertura estomática principalmente debido a un mayor balance de productos de transporte fotosintético de electrones / carboxilación, acompañada de una insensibilidad al CO2 fundamentada en cambios transcripcionales de transcritos para el canal lento de aniones SLAH3. De esta forma se evidenciaron mecanismos dependientes e independientes de la fotosíntesis que controlan las respuestas de los estomas al CO2. Dicho mutante mostró menor cantidad de carbohidratos no estructurales y cambios transcriptómicos asociados con tasas de respiración bajas. Pero debido al menor peso por unidad de superficie foliar y al retraso de la senescencia, la materia seca total y la producción de grano en la madurez son similares a las del genotipo silvestre Graphic. Mientras que la segunda parte de este estudio consistió en averiguar si las respuestas de adaptación al CO2 elevado de la fotosíntesis, el metabolismo del carbono y el nitrógeno, y la expresión génica, difirieron en el mutante G132 y el genotipo silvestre Graphic. La fotosíntesis de G132 respondió al crecimiento en CO2 elevado más positivamente que el genotipo silvestre. Debido a un aumento de la eficiencia cuántica del Fotosistema II y a que no hubo disminuciones del contenido de Rubisco, como si ocurrió en el genotipo silvestre Graphic. Este descenso fue selectivo, pues no hubo una disminución general de la proteína foliar. Más bien hubo una readscripción de recursos a otras proteínas solubles que pudieron mejorar la adaptación al CO2 elevado. Además esto se acompañó de una estimulación del metabolismo del nitrógeno, con el aumento de la expresión génica para Nitrato Reductasa, la actividad de esta enzima y el contenido de aminoácidos, en ambos genotipos. El CO2 elevado estimuló la acumulación de carbohidratos no estructurales y de transcritos para el metabolismo de fructanos. También estimuló la producción de biomasa, principalmente con más tallos axilares o hijos. Siendo el mutante G132 más eficiente que el genotipo silvestre en el uso del CO2 suplementario para producir biomasa. Dado que el efecto principal del aumento de la concentración de CO2 en la atmósfera es una estimulación de la fotosíntesis, determinados cambios en este proceso pueden contribuir a la adaptación al cambio climático. La ampliación del conocimiento de los efectos de la alteración genética del mutante G132 de la cebada Graphic podrá contribuir a la selección de germoplasma y la obtención de nuevas variedades mejor adaptadas a las condiciones ambientales futuras.