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Científicos desvelan etapas del desarrollo de la caña de azúcar

Publicado em 01 outubro 2018

La capacidad de la caña de azúcar de acumular altos niveles de biomasa y sacarosa en el culmo –el tallo− en el transcurso de su desarrollo la convirtió en la planta a más empleada para la obtención de azúcar y en la segunda materia prima para la producción de etanol en el mundo.
Ya se sabía que la acumulación de biomasa y de sacarosa en esta planta está relacionada con la utilización de metabolitos tales como los hidratos de carbono no estructurales (NSCs), producidos durante el diario proceso de fotosíntesis. Pero no estaba claro de qué manera influyen las condiciones ambientales y los estadios de desarrollo de la caña sobre la producción de NSCs, y sus efectos sobre el crecimiento de la planta.
Un estudio realizado en Brasil por investigadores del Instituto de Biociencias de la Universidad de São Paulo (IB-USP), publicado en la revista Functional Plant Biology, ha ayudado ahora dilucidar esta cuestión.
Los resultados de esta investigación, realizada en el ámbito del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología (INCT) del Bioetanol –uno de los INCTs que cuenta con el apoyo de la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo – FAPESP en colaboración con el Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq) de Brasil en el estado de São Paulo–, pueden contribuir al desarrollo de estrategias destinadas a incrementar la producción de biomasa en la caña de azúcar.
“Describimos por primera vez el comportamiento de la caña de azúcar en el campo y en el transcurso del tiempo, durante todo un ciclo de desarrollo. De este modo, realizamos algunos descubrimientos interesantes y estratégicos en dirección a nuestro objetivo de producir una ‘supercaña’ [capaz de acumular biomasa y altos tenores de fibra rápidamente]”, declaró Marcos Buckeridge, docente del IB-USP y uno de los autores del estudio.
Los investigadores realizaron un seguimiento constante de un ciclo completo de crecimiento de la caña en el transcurso de 12 meses en campo y las 24 horas del día, en una propiedad rural de la localidad de Piracicaba, en el estado brasileño de São Paulo. Analizaron parámetros tales como los intercambios gaseosos de las hojas y la acumulación de NSCs durante los distintos estadios del desarrollo de la planta.
Los resultados de los análisis de los datos indicaron que la caña de azúcar exhibe una transición entre los tres y los seis meses de desarrollo, cuando pasa de un “modo” de crecimiento a otro de almacenamiento.
Hasta los tres o cuatro meses de desarrollo, cuando se registran las mayores tasas de fotosíntesis, la caña forma una copa operativa, con una determinada cantidad de hojas. Luego de alcanzar ese estadio y hasta los seis meses de desarrollo, por cada hoja que la planta produce, otra hoja –generalmente de la parte inferior de la copa– empieza a envejecer. De este modo, la caña mantiene una cierta cantidad de hojas.
A partir de los seis meses, la planta empieza a almacenar sacarosa en su culmo y en las raíces, y almidón en las hojas, hasta los 12 meses. Durante esa etapa, la caña de azúcar prácticamente deja de realizar la fotosíntesis y se encuentra lista para el corte y su posterior empleo en la producción de azúcar y de etanol.
“Sabíamos que la caña de azúcar acumula azúcares durante la fase de desarrollo comprendida entre los seis y los doce meses, pero ahora hemos constatado que esto ocurre al tiempo que disminuye gradualmente fotosíntesis en las hojas, en las cuales se produce una acumulación muy grande de almidón a los doce meses”, dijo Amanda Pereira de Souza, quien realizó un posdoctorado en el IB-USP con beca de la FAPESP y es la primera autora del estudio.
Los investigadores también observaron que los azúcares que quedan almacenados en la raíz de la caña cortada y mantenida en el suelo después de la soca para rebrotar y empezar un nuevo ciclo ayudan a regenerar la parte inicial del desarrollo de la nueva planta.
Otro descubrimiento indicó que las hojas de la caña de azúcar abren sus estomas (las estructuras celulares cuya función consiste en concretar los intercambios gaseosos entre la planta y el medio ambiente) para absorber agua durante la madrugada, cuando la humedad es más alta, entre los seis y los nueve meses de desarrollo, cuando la planta pasa por un período de sequía y realiza menos fotosíntesis.
“Creemos que esto puede estar relacionado con un mecanismo fisiológico de protección de la planta contra la sequía”, dijo Buckeridge.
A juicio del investigador, la detección del punto de transición de la caña entre los tres y los seis meses de desarrollo, cuando pasa de la etapa de crecimiento a la de almacenamiento de sacarosa, abre la perspectiva de activar y desactivar genes que determinan el proceso de acumulación de azúcares en distintas partes de la planta.
“La comprensión acerca de cómo controla la acumulación de azúcares cada órgano en una misma planta abre el camino hacia el desarrollo tanto de una caña con más sacarosa en las hojas como de una caña con más almidón en el culmo. Ambas estrategias pueden resultar interesantes en distintas situaciones”, dijo Buckeridge.
En tanto, el descubrimiento de que las hojas de la caña abren sus estomas para absorber agua durante la madrugada en el período de sequía puede hacer posible la identificación de variedades más tolerantes al estrés hídrico.
“Esto abre un abanico de nuevas oportunidades tendientes a entender el efecto de la sequía sobre la caña de azúcar, incluso en lo concerniente a aspectos relacionados con sus respuestas a los cambios climáticos”, añadió el investigador. (Fuente: AGÊNCIA FAPESP/DICYT)

La capacidad de la caña de azúcar de acumular altos niveles de biomasa y sacarosa en el culmo –el tallo− en el transcurso de su desarrollo la convirtió en la planta a más empleada para la obtención de azúcar y en la segunda materia prima para la producción de etanol en el mundo.

Ya se sabía que la acumulación de biomasa y de sacarosa en esta planta está relacionada con la utilización de metabolitos tales como los hidratos de carbono no estructurales (NSCs), producidos durante el diario proceso de fotosíntesis. Pero no estaba claro de qué manera influyen las condiciones ambientales y los estadios de desarrollo de la caña sobre la producción de NSCs, y sus efectos sobre el crecimiento de la planta.

Un estudio realizado en Brasil por investigadores del Instituto de Biociencias de la Universidad de São Paulo (IB-USP), publicado en la revista Functional Plant Biology, ha ayudado ahora dilucidar esta cuestión.

Los resultados de esta investigación, realizada en el ámbito del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología (INCT) del Bioetanol –uno de los INCTs que cuenta con el apoyo de la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo – FAPESP en colaboración con el Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq) de Brasil en el estado de São Paulo–, pueden contribuir al desarrollo de estrategias destinadas a incrementar la producción de biomasa en la caña de azúcar.

“Describimos por primera vez el comportamiento de la caña de azúcar en el campo y en el transcurso del tiempo, durante todo un ciclo de desarrollo. De este modo, realizamos algunos descubrimientos interesantes y estratégicos en dirección a nuestro objetivo de producir una ‘supercaña’ [capaz de acumular biomasa y altos tenores de fibra rápidamente]”, declaró Marcos Buckeridge, docente del IB-USP y uno de los autores del estudio.

Los investigadores realizaron un seguimiento constante de un ciclo completo de crecimiento de la caña en el transcurso de 12 meses en campo y las 24 horas del día, en una propiedad rural de la localidad de Piracicaba, en el estado brasileño de São Paulo. Analizaron parámetros tales como los intercambios gaseosos de las hojas y la acumulación de NSCs durante los distintos estadios del desarrollo de la planta.

Los resultados de los análisis de los datos indicaron que la caña de azúcar exhibe una transición entre los tres y los seis meses de desarrollo, cuando pasa de un “modo” de crecimiento a otro de almacenamiento.

Hasta los tres o cuatro meses de desarrollo, cuando se registran las mayores tasas de fotosíntesis, la caña forma una copa operativa, con una determinada cantidad de hojas. Luego de alcanzar ese estadio y hasta los seis meses de desarrollo, por cada hoja que la planta produce, otra hoja –generalmente de la parte inferior de la copa– empieza a envejecer. De este modo, la caña mantiene una cierta cantidad de hojas.

A partir de los seis meses, la planta empieza a almacenar sacarosa en su culmo y en las raíces, y almidón en las hojas, hasta los 12 meses. Durante esa etapa, la caña de azúcar prácticamente deja de realizar la fotosíntesis y se encuentra lista para el corte y su posterior empleo en la producción de azúcar y de etanol.

“Sabíamos que la caña de azúcar acumula azúcares durante la fase de desarrollo comprendida entre los seis y los doce meses, pero ahora hemos constatado que esto ocurre al tiempo que disminuye gradualmente fotosíntesis en las hojas, en las cuales se produce una acumulación muy grande de almidón a los doce meses”, dijo Amanda Pereira de Souza, quien realizó un posdoctorado en el IB-USP con beca de la FAPESP y es la primera autora del estudio.

Los investigadores también observaron que los azúcares que quedan almacenados en la raíz de la caña cortada y mantenida en el suelo después de la soca para rebrotar y empezar un nuevo ciclo ayudan a regenerar la parte inicial del desarrollo de la nueva planta.

Otro descubrimiento indicó que las hojas de la caña de azúcar abren sus estomas (las estructuras celulares cuya función consiste en concretar los intercambios gaseosos entre la planta y el medio ambiente) para absorber agua durante la madrugada, cuando la humedad es más alta, entre los seis y los nueve meses de desarrollo, cuando la planta pasa por un período de sequía y realiza menos fotosíntesis.

“Creemos que esto puede estar relacionado con un mecanismo fisiológico de protección de la planta contra la sequía”, dijo Buckeridge.

A juicio del investigador, la detección del punto de transición de la caña entre los tres y los seis meses de desarrollo, cuando pasa de la etapa de crecimiento a la de almacenamiento de sacarosa, abre la perspectiva de activar y desactivar genes que determinan el proceso de acumulación de azúcares en distintas partes de la planta.

“La comprensión acerca de cómo controla la acumulación de azúcares cada órgano en una misma planta abre el camino hacia el desarrollo tanto de una caña con más sacarosa en las hojas como de una caña con más almidón en el culmo. Ambas estrategias pueden resultar interesantes en distintas situaciones”, dijo Buckeridge.

En tanto, el descubrimiento de que las hojas de la caña abren sus estomas para absorber agua durante la madrugada en el período de sequía puede hacer posible la identificación de variedades más tolerantes al estrés hídrico.

“Esto abre un abanico de nuevas oportunidades tendientes a entender el efecto de la sequía sobre la caña de azúcar, incluso en lo concerniente a aspectos relacionados con sus respuestas a los cambios climáticos”, añadió el investigador.

(Fuente: AGÊNCIA FAPESP/DICYT)