Identifican un gen que mejora el rendimiento de la planta de tomate en respuesta a la densidad de siembra

Las plantas de tomate, como cualquier cultivo de alta densidad, se dan sombra entre sí por lo que desarrollan un mecanismo biológico para crecer en altura y alcanzar mejor la luz solar necesaria para la fotosíntesis, vital para su crecimiento. Ahora, especialistas del CONICET descubrieron que las plantas de tomate utilizan una proteína específica como un “interruptor” clave para detectar la sombra de plantas vecinas y crecer en altura. El avance se publicó en la revista científica Plant Physiology and Biochemistry.

“Los resultados de este trabajo demuestran que esta proteína es fundamental para que la planta optimice la cosecha de luz para hacer fotosíntesis y ajuste su rendimiento en respuesta a la sombra”, afirma Javier Botto, líder del estudio e investigador del CONICET en el Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura (IFEVA, CONICET-UBA). Y agrega que este hallazgo tiene una aplicación concreta para el mejoramiento genético de los cultivos.

“Este estudio nos permitió identificar un gen que regula el crecimiento afectando sus hormonas y su fotosíntesis, y en consecuencia altera el rendimiento de las plantas de tomate. Estos resultados abren la posibilidad de usar a este gen como un blanco molecular para desarrollar variedades comerciales de tomate (y otros cultivos) más eficientes y de alto rendimiento”, puntualiza Botto quien lidera el laboratorio de Plasticidad del Desarrollo de las Plantas en IFEVA y es doctor en Ciencias Biológicas.

Un gen que cumple varias funciones

El gen SlBBX20 “contiene las instrucciones para fabricar la proteína del mismo nombre. “Nuestro trabajo demostró que aquellas plantas que carecen de esta proteína pierden casi por completo la capacidad de crecer en respuesta a la sombra”, indica Mariano Mejía, primer autor del trabajo, ingeniero agrónomo y becario doctoral del CONICET.  Y agrega: “Además, al no poder regular correctamente sus procesos biológicos en respuesta a la luz, las plantas sin esta proteína hacen menos fotosíntesis, porque tienen y abren menos sus poros estomáticos, por donde entra el dióxido de carbono (CO₂) a la planta y sale vapor de agua al ambiente y, como consecuencia directa producen menos frutos”.

Por otra parte, la proteína SlBBX20 “mejora la expresión de los genes de biosíntesis de pigmentos conocidos como antocianinas que les dan los tonos violetas/azulados a hojas, tallos y frutos. Estos pigmentos naturales actúan como ‘protector solar’ y antioxidantes para la planta, reduciendo los efectos inhibitorios por alta intensidad de luz sobre la fotosíntesis”, indica Gabriel Gomez Ocampo, también primer autor del estudio, doctor en Ciencias Agropecuarias y becario posdoctoral del CONICET. Y continúa: “Esto es beneficioso porque permite a la planta cosechar más luz y sintetizar más carbohidratos esenciales para su crecimiento que redunda en una mayor producción de tomates en ambientes abiertos y luminosos”. 

Gabriel Gomez Ocampo (izq.), Carla Barraza, Mariano Mejía y Javier, Botto, autores del estudio junto a otros colegas de Argentina, República Checa y Brasil

¿Cómo se hizo el hallazgo?

La estrategia que utilizaron los investigadores para descubrir la función de la proteína SlBBX20 fue comparar la respuesta de crecimiento de plantas de tomate salvaje y mutante sin la proteína SlBBX20 en distintas condiciones de luz.

Ambos grupos de plantas (las que expresan y no expresan el gen SlBBX20) fueron sometidos a tratamientos simulando la luz de sombra con luces y filtros específicos, y sombreado natural aumentando la densidad de plantas en cámaras de crecimiento e invernadero.

“Al estudiar las plantas editadas a las que se les bloqueó la expresión del gen SlBBX20 observamos que perdían por completo la capacidad de crecer en respuesta a la sombra. Estas plantas desarrollaron menos poros estomáticos y sufrieron una caída drástica en sus niveles de auxinas, hormonas clave encargadas del crecimiento, junto con una menor producción de pigmentos fotoprotectores, lo que se tradujo en menos fotosíntesis y finalmente en una pérdida en la cantidad y el peso de los tomates producidos”, explica Botto. 

Y concluye: “El hallazgo del rol de este gen permitiría desarrollar cultivos de tomate que maximicen el uso de los carbohidratos fotosintetizados para producir más frutos”.

Del trabajo también participaron otros investigadores de IFEVA, de la Facultad de Agronomía de la UBA, del Instituto de Botánica Experimental de la Universidad Palacký (República Checa), y del Instituto de Biociencias con sede en la Universidad de São Paulo (Brasil).

CONICET