image: Researchers have discovered how chemical ripeners act on the molecular level in sugarcane to increase sucrose storage in the plant. view more
Credit: Léo Ramos Chaves
En Brasil es común la aplicación de reguladores del crecimiento o maduradores químicos análogos a las hormonas vegetales en las plantaciones de caña de azúcar, con el objetivo de acelerar e incrementar la maduración (la acumulación de sacarosa) e inhibir el florecimiento de las plantas para prolongar los períodos de zafra y de molienda. De esta forma, se aumenta la productividad y la rentabilidad de los productores.
Un grupo de investigadores del Instituto de Biología de la Universidad de Campinas (Unicamp), en el estado de São Paulo, en colaboración con pares del Instituto Agronómico (IAC) y del Instituto de Química de la Universidad de São Paulo (IQ-USP), ha develado ahora de qué manera actúa una de esas hormonas a nivel molecular en la caña de azúcar y contribuye para aumentar el almacenamiento de sacarosa en la planta.
Con el apoyo de la FAPESP en el marco del Programa de Investigaciones en Bioenergía (BIOEN), um artículo salió publicado en la revista Scientific Reports, perteneciente al grupo Nature.
"Detectamos que algunos genes se activan debido a la acción de los principales maduradores químicos utilizados en la actualidad en los cañamelares. Éstos pueden ser objeto de manipulaciones futuras mediante ingeniería genética para intentar llegar al desarrollo de una variedad de caña que acumule más azúcar", declaró Marcelo Menossi, docente del Departamento de Genética, Evolución y Bioagentes del Instituto de Biología de la Unicamp y coordinador del proyecto.
Los investigadores analizaron los efectos a nivel molecular de la aplicación de etefón en variedades de caña de azúcar cultivadas en viveros.
El etefón es el primer regulador del crecimiento utilizado en el manejo de cultivos agrícolas, hortícolas y forestales del mundo, y es uno de los más usados para manipular y estimular la maduración de la caña de azúcar. Ha contribuido al aumento de la cantidad de sacarosa en la planta, en la inhibición de la floración y, por consiguiente, también para prolongar los períodos de zafra y molienda.
Estos efectos de este compuesto químico en la caña de azúcar se le atribuyen al etileno -una hormona vegetal conocida por su participación en la maduración de los frutos-, que es liberado por el etefón al penetrar en la planta luego de la fumigación.
Por este motivo, se considera que el etileno constituye una pista clave para entender la regulación de la transición del crecimiento vegetativo hacia la etapa de maduración de la caña de azúcar, explicó Menossi.
"Pese a que se sabe que el etileno contribuye al incremento de la cantidad de azúcar en la caña, aún no estaba claro de qué manera afecta a la maduración de la planta la síntesis y la acción de esta hormona", añadió.
Para estudiar la acción del etileno en la caña, los investigadores pulverizaron etefón y un regulador del crecimiento de las plantas llamado aminoetoxivinilglicina (AVG) -un conocido inhibidor del etileno-, en ejemplares de una variedad de caña de azúcar desarrollada por el IAC antes del comienzo de la maduración.
Luego de pulverizar ambos compuestos sobre las plantas, cuantificaron los tenores de sacarosa en muestras de tejidos de las hojas y del culmo -el tallo- de la caña cinco días después de la fumigación y 32 días después, durante la zafra.
Los resultados de los análisis indicaron que el etefón estimula la acumulación de sacarosa en los entrenudos inmaduros de la caña. Las plantas tratadas con el madurador químico exhibieron mayores niveles de sacarosa en los entrenudos superiores y medios durante la zafra.
En tanto, las plantas tratadas con AVG exhiben una reducción del 42% en el tenor de sacarosa.
"Estos datos confirmaron la importancia de la presencia y de la acción del etileno para la inducción de la maduración de la caña", dijo Menossi.
Con el fin de evaluar la acción del etileno a nivel molecular, los investigadores también efectuaron un análisis del trascriptoma -el perfil completo de trascritos- para identificar qué genes se expresaron diferencialmente en las plantas debido a la acción del etileno durante la maduración de la caña.
Con base en la combinación de ese análisis del trascriptoma de las principales enzimas implicadas en la regulación del metabolismo de la sacarosa y del perfil hormonal de las plantas fumigadas con etefón y AVG, lograron identificar genes blanco del etileno, además de la acción de la hormona en los lugares de acumulación de sacarosa de la planta. Asimismo, también propusieron un modelo molecular de interacción del etileno con otras hormonas.
El etileno activó una cantidad significativa de genes de vías hormonales exclusivamente en el culmo de las plantas. Entre esas vías hormonales cobraron relevancia las relacionadas precisamente con el etileno y también con el ácido abscísico -otro factor de maduración de la caña de azúcar- y las de las vías de la giberelina y la auxina, hormonas que actúan en el alargamiento del culmo, con efectos sobre el florecimiento y sobre las yemas laterales de la planta, explicó Menossi.
"Al saber cuáles son los genes que modulan el madurador para que la planta incremente la acumulación de sacarosa, será posible concretar mejoramientos genéticos en la caña de azúcar y desarrollar variedades que expresen más esos genes, sin necesidad de aplicar etileno, por ejemplo", vislumbró el investigador.
"Asimismo, será posible identificar en un conjunto de variedades de caña aquéllas que expresen más esos genes y que facilitan la acción del madurador, toda vez que existen variedades de caña de azúcar que no responden bien a la aplicación de hormonas", afirmó.
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Scientific Reports