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Una investigación liderada por científicos del CSIC ha dado como resultado un modelo matemático basado en procesos regulados por temperatura. Este modelo es capaz de predecir la respuesta de los cultivos al calentamiento global. Esta investigación, publicada en la revista Science Advances, ha identificado el papel fundamental de la proteína COP1 como promotora del crecimiento de las plantas de Arabidopsis en días largos y temperaturas ambientales elevadas y su interacción con otros factores celulares. Este descubrimiento podría ayudar a evitar los efectos adversos del cambio climático en los cultivos de verano.
La investigación es fruto de la colaboración entre los grupos liderados por Salomé Prat, investigadora del CSIC ahora en el CRAG; Saúl Ares, investigador del Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC); y Pablo Catalán, investigador del Grupo Interdisciplinar de Sistemas Complejos (GISC) de la Universidad Carlos III de Madrid. Los datos obtenidos en el estudio se han utilizado para desarrollar un modelo matemático que asocia los niveles activos de factores celulares regulados por la luz y la temperatura con el crecimiento del tallo embrionario (el hipocótilo).
Salomé Prat señala que la importancia de este trabajo va más allá de la caracterización de las bases moleculares de la termomorfogénesis. “Las especies cultivadas muestran una variabilidad genética muy baja en cuanto a su capacidad de adaptación a las altas temperaturas ambientales, que disminuyen su producción. Aquí mostramos que formas más activas de COP1 mejoran la tolerancia al cambio climático de cultivos que requieren jornadas largas”, explica.
Las plantas adaptan su desarrollo y morfología a las condiciones ambientales que les rodean, fundamentalmente la duración del día y la temperatura ambiente. Estos dos factores inciden directamente en el rendimiento de los cultivos, de ahí el interés de la comunidad científica en su estudio. Al detectar un aumento de temperatura, la primera respuesta de la planta es el alargamiento del hipocótilo, para facilitar el enfriamiento de las hojas y minimizar los daños causados ​​por el calor.
“Al cultivar varias líneas mutantes de Arabidopsis en diversas condiciones de luz y temperatura, pudimos ajustar los parámetros de las ecuaciones con los datos experimentales de longitud del hipocótilo y una de las predicciones más interesantes del modelo fue que la actividad máxima de COP1 ocurre durante el día y con temperaturas altas”, explica Saúl Ares. La temperatura promueve el crecimiento de las plantas y la luz lo inhibe. En verano, cuando los días son más largos y cálidos, las plantas reciben información contradictoria y deben decidir a qué señal prestar atención.
“Hasta ahora se había descrito a la COP1 como un factor fundamental para regular el crecimiento en la oscuridad, por lo que esta predicción resultaba inusual”, afirma Cristina Nieto, primera autora del trabajo y actualmente investigadora del Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y de Alimentos. (INIA-CSIC). “Decidimos simular el crecimiento del hipocótilo para un rango de valores de actividad de COP1 y comprobamos experimentalmente las predicciones obtenidas con mutantes en los que COP1 no funcionaba bien o con plantas que acumulaban un exceso de proteína. Gracias a este estudio, ahora sabemos que la proteína COP1 es clave para regular la respuesta a la temperatura en los días largos, es decir, en verano”.
El presente trabajo proporciona una herramienta única para identificar las mejores combinaciones genéticas para optimizar la resiliencia de los cultivos al cambio climático.
Cristina Nieto, Pablo Catalán, Luis Miguel Luengo, Martina Legris, Vadir López-Salmerón, Jean Michel Davière, Jorge J. Casal, Saúl Ares*, Salomé Prat*. COP1 dynamics integrate conflicting seasonal light and thermal cues in the control of Arabidopsis elongation. Science Advances. 2022 August 19;8(33):eabp8412.
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