Investigadores afiliados al Centro de Investigación Genómica para El Cambio Climático (GCCRC), organizado por la Universidad de Campinas (Unicamp) en el estado de São Paulo, Brasil, han descubierto una proteína involucrada en la resistencia del maíz al clima seco, las altas temperaturas y la invasión de hongos.
Este hallazgo allana el camino para el desarrollo de plantas y productos más resistentes a la sequía que reducen las pérdidas en la producción en un momento en que el cambio climático global amenaza los rendimientos de los cultivos en todo el mundo. Se publica un artículo sobre el estudio en BMC Plant Biology .
El GCCRC es un Centro de Investigación de Ingeniería (ERC) establecido por FAPESP y la Corporación Brasileña de Investigación Agrícola (EMBRAPA).
Los investigadores nombraron a la nueva proteína quinasa inactiva sensible a la sequía 1 (DRIK1). También encontraron una molécula sintética que se une a DRIK1 y puede usarse en el futuro para criar plantas en las que la actividad de la proteína se reduce naturalmente o para desarrollar productos que inhiban la proteína. «En condiciones normales, la proteína controla los mecanismos de desarrollo de la planta e inhibe los genes de respuesta al estrés. En clima seco o cuando la planta es atacada por patógenos, los niveles de la proteína se reducen y la respuesta necesaria se activa para controlar los efectos del agua estrés, estrés térmico o ataque de patógenos «, dijo Paulo Arruda, profesor del Instituto de Biología (IB) de UNICAMP y líder del proyecto GCCRC.
Para identificar la molécula que se une a la proteína, los investigadores utilizaron una plataforma desarrollada por el Centro de Química Medicinal (CQMED) de UNICAMP para descubrir objetivos moleculares para medicamentos. Dirigido por Arruda, CQMED es también uno de los Institutos Nacionales de Ciencia y Tecnología (INCT) cofinanciado en el estado de São Paulo por la Fundación de Investigación de São Paulo – FAPESP y el Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq).
«La plataforma de CQMED puede buscar en las bibliotecas moléculas pequeñas que inhiban proteínas específicas», explicó Arruda. «En la salud humana, esto es importante para el desarrollo de un nuevo fármaco que inhiba una proteína quinasa involucrada en una enfermedad, por ejemplo. Utilizamos la plataforma para identificar una molécula que se une a la proteína quinasa de la planta, y ahora podemos estudiar la función del mecanismo de respuesta al estrés hídrico en el que está involucrado «.
Los investigadores examinaron una biblioteca de 378 compuestos que podrían unirse al DRIK1 e identificaron una molécula sintética con esta capacidad (ENMD-2076). Planean modificarlo para que pueda regular DRIK1, aumentando o disminuyendo su expresión en las plantas.
Los autores del artículo también incluyen a Bruno Aquino, quien trabajó como pasante postdoctoral en IB-UNICAMP con una beca de FAPESP; Viviane Cristina Heinzen da Silva, actualmente pasante postdoctoral en el Centro de Biología Molecular e Ingeniería Genética de UNICAMP (CBMEG); y Katlin Brauer Massirer, investigadora coprincipal de CQMED con Arruda.
Respuesta al estrés hídrico
Para encontrar la proteína DRIK1, los científicos buscaron en una base de datos pública genes relacionados con la respuesta al estrés hídrico en las plantas. Cultivaron maíz a partir de semillas en una cámara de crecimiento de plantas durante 15 días, regando algunas de las plantas normalmente durante todo el período. Los otros se dividieron en tres grupos y no se regaron durante nueve, 12 o 14 días.
Las muestras de hojas y raíces se secuenciaron con ARN. Los investigadores encontraron que las plantas con estrés hídrico expresaron menos DRIK1 pero que los niveles de la proteína volvieron a la normalidad cuando las plantas se regaron.
La información extraída de la misma base de datos mostró que DRIK1 probablemente se comporta de manera similar en respuesta a temperaturas más cálidas y ataques de al menos dos hongos diferentes.
Los investigadores también analizaron la estructura tridimensional de la proteína y mapearon regiones potencialmente importantes para la función de respuesta al estrés. En el futuro, estas regiones podrían servir como objetivos para compuestos que modulan el mecanismo de acción de la proteína .
Los investigadores ahora están trabajando en la producción de plantas genéticamente modificadas para la expresión alterada de DRIK1 con el objetivo de obtener variedades que sean más resistentes a la sequía.
«Si logramos producir una variedad que resista el estrés hídrico un poco más que otros durante una sequía, será como tener un seguro genético», dijo Arruda. «Siempre habrá pérdidas, pero se ahorrarán toneladas de alimentos si se pueden reducir estas pérdidas».