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Mantén la calma y sigue creciendo: investigación para prevenir el estrés vegetal y los factores estresantes antes de que ocurran
16 de noviembre de 2022
Plantas sin estrés = menos estrés para productores y minoristas. Dos proyectos de investigación financiados por la AFE y realizados por científicos de la Universidad de Georgia están en marcha actualmente para investigar nuevas formas de detectar y reducir el estrés vegetal causado por presiones abióticas y enfermedades antes de que ocurran.
Estos dos proyectos, que proporcionan información valiosa a los productores, se financian a través de los fondos de investigación de la AFE. Esta financiación solo es posible gracias a las generosas contribuciones de nuestros colaboradores. Si desea ayudarnos mientras seguimos abordando los difíciles desafíos de la industria a los que se enfrentan los productores flor Dales y de viveros, considere hacer una contribución a medida que se acerca el fin de año en endowment.org/donate. Fortalezcamos juntos el futuro de la industria.
Esto es lo que los investigadores tienen que decir tras este último año de financiación:
Imagen de fluorescencia: un método de bajo coste para la detección temprana del estrés
Marc van Iersel, UGA
Objetivo: Desarrollar y probar un nuevo enfoque para la detección del estrés vegetal antes de que se presenten síntomas visibles.
Actualizaciones del año 1
Los productores de viveros e invernaderos se enfrentan a una amplia gama de estrés abiótico (fertilidad, temperatura, falta de agua, etc.) y biótico (patógenos, insectos) que pueden afectar negativamente a la producción de los cultivos. La detección temprana de estos estrés es importante para mitigar los impactos negativos en el cultivo. Dicha detección suele depender de la inspección visual de los cultivos por parte de un agricultor experimentado. Sin embargo, los factores de estrés solo se pueden detectar después de que los síntomas son visibles. Sería beneficioso detectar los problemas potenciales de forma más temprana: cuanto antes se pueda abordar un problema de producción, menor será su impacto.
Nuestra investigación utiliza un sistema de imágenes multiespectrales para determinar la intensidad de la fluorescencia de la clorofila (CFI). Todos los organismos fotosintéticos contienen clorofila, que emite fluorescencia. Esto significa que una pequeña fracción de la luz que absorben las plantas se reemite en forma de luz roja y roja lejana. Sí, las plantas brillan, literalmente. No podemos verlo porque la fluorescencia es demasiado débil (solo entre el 1 y el 2% de la luz que incide sobre la planta), pero es fácil de fotografiar. Iluminamos las plantas con LED azules y, a continuación, tomamos una fotografía a través de un filtro que solo permite que la luz roja y la luz roja lejana pasen a través del objetivo hasta el sensor de imagen. El resultado: una imagen de la luz producida por la planta. También tomamos fotografías de las plantas bajo luz roja e infrarroja y utilizamos estas imágenes para calcular el Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (NDVI, un índice habitual del vigor o el verdor de las plantas). Hemos observado que un mayor aporte de fertilizante da lugar a valores más altos de CFI y NDVI, así como a valores de NDVI más uniformes en todo el dosel (figura 1).
Nuestro sistema de imágenes también muestra el potencial de detectar estrés por temperatura. Las imágenes CFI de hosta expuestas a 23 °F mostraron que el daño por frío indujo una fluorescencia extremadamente brillante que era fácilmente visible (figura 2).
El año que viene, tenemos previsto correlacionar los datos de imágenes con los datos tradicionales de análisis de nutrientes vegetales, seguir investigando el CFI como método para estudiar el estrés térmico y el estrés por frío, y desarrollar un sistema mejorado de imágenes multiespectrales y CFI de código abierto que puedan montar personas sin conocimientos especializados por tan solo $500, con instrucciones detalladas para el montaje del hardware y software de libre acceso.
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Figura 1. Se tomaron imágenes de la intensidad de fluorescencia de la clorofila (CFI) de plantas de petunia cultivadas con o sin fertilizante. Se puede ver que la CFI es mucho mayor para la planta fertilizada. La CFI también se utilizó para calcular el índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI). Los histogramas de la parte inferior muestran la distribución de los valores de NDVI de toda la planta. La línea roja indica el valor promedio de NDVI.
Figura 2. Imagen de fluorescencia de clorofila de dos plantas de hosta después de la exposición a 23 °F. La hoja que fluoresce brillantemente, rodeada con un círculo rojo, fue la única hoja que sufrió daños graves.
Uso de CRISPR para desarrollar resistencia al oídio en gerberas
Dayton Wilde, UGA
Objetivo: Inactivación mediada por CRISPR del gen MLO de la margarita Gerbera para la resistencia al oídio.
Actualizaciones del año 2
Este proyecto investiga el uso de la edición genética para mejorar los cultivos florales. Nuestra investigación beneficiará a la industria mediante el desarrollo de métodos de edición genética para la mejora de cultivos florales. Se está examinando la capacidad de conferir resistencia a enfermedades mediante la tecnología CRISPR en cultivares de gerbera del mercado, que no son un genotipo modelo. Esto complicó la investigación, pero los resultados deberían ser más relevantes para la implementación de esta tecnología por parte de la industria florícola en otras especies florales. En el último año, nuestros esfuerzos se concentraron en cuatro áreas: multiplicación de brotes, inducción de organogénesis y embriogénesis somática, transformación genética y diseño de constructos CRISPR.
Disparar Multiplicación
Hemos determinado con éxito el medio de cultivo de tejidos óptimo para la multiplicación de brotes de los cultivares de gerbera ‘Flori Line Maxi Yellow’, Revolution ‘Bicolor Red Lemon’, Garvinea ‘Sweet Love’ y Majorette ‘Pink Halo’, lo que nos proporcionó una fuente de láminas foliares y pecíolos para experimentos de cultivo de tejidos y transformación.
Organogénesis y Embriogénesis Somática
Para producir plantas transgénicas y editadas genéticamente, se requieren métodos eficientes para regenerar brotes de gerbera a partir de cultivo de tejidos. También estamos investigando la embriogénesis somática, un enfoque alternativo para la regeneración, debido a que el tejido embriogénico es un buen objetivo para la biolística (la entrega directa de fragmentos de ADN en las células mediante una pistola génica) y la edición genética sin transgenes. Con estos fines, pudimos determinar el tratamiento de inducción de brotes más eficaz para pecíolos y limbos foliares de Gerbera ‘Flori Line Maxi Yellow’ y Majorette ‘Pink Halo’, y se indujo callo potencialmente embriogénico a partir de Majorette ‘Pink Halo’ con 2,4-D.
Transformación genética y constructos CRISPR
Para determinar cómo introducir genes deseables (en este caso, resistencia al oídio), utilizamos lo que se conoce como genes marcadores. Se trata de genes foráneos introducidos cuya expresión proporciona un rasgo fácilmente identificable que nos permite saber que una célula determinada puede ser transformada. Hay dos tipos de genes marcadores: los marcadores de selección (comúnmente de resistencia a antibióticos o herbicidas) y los marcadores visuales (fluorescencia o coloración azul). Los marcadores de selección matan a todas las células excepto a las transformadas, mientras que los marcadores visibles ofrecen una confirmación visual de la transferencia génica. Descubrimos que el gen de la higromicina B fosfotransferasa (HPH) era el mejor marcador de selección para los cultivares con los que trabajamos, en comparación con otros marcadores de selección utilizados previamente en la literatura. Además del marcador HPH, introdujimos un transgén de proteína verde fluorescente (GFP, un marcador visual comúnmente utilizado para indicar la expresión de transgenes) en explantes foliares de ‘Flori Line Maxi Yellow’ utilizando *Agrobacterium tumefaciens* C58 en una serie de experimentos multifactoriales. La expresión de GFP pudo observarse en múltiples sitios a lo largo de nuestros explantes foliares después de dos semanas (como lo indica la brillante fluorescencia verde en la figura 2), lo que indica una transformación estable. En presencia de 0,1 mg/L de IBA y 2,0 mg/L de BAP, se obtuvo tejido en regeneración que expresaba GFP. Las plantas que expresan GFP serán validadas mediante análisis y se introducirán construcciones de CRISPR.
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Figura 3. La proteína verde fluorescente (GFP) se introdujo en explantes foliares de Gerbera ‘Flori Line Maxi Yellow’ utilizando Agrobacterium tumefaciens C58. La expresión de la GFP pudo observarse en múltiples sitios, lo que indica una transformación genética exitosa. Esta transformación es un paso necesario para el desarrollo de la tecnología CRISPR con el fin de conferir resistencia al oídio.
Por Laura Barth, Coordinadora de Investigación de AFE
