Optimización de las relaciones fuente-sumidero en respuesta a estrés:

Como organismos anclados al suelo, las plantas han desarrollado una enorme flexibilidad metabólica para adaptarse a estímulos adversos mediante cambios sustanciales en el metabolismo primario y secundario.
Una de las respuestas claves es reorganizar el reparto de asimilados entre los órganos autótrofos que los producen (fuentes) y los órganos heterótrofos en crecimiento activo que los consumen (sumideros).

La raíz, como órgano sensor de dichos estímulos en el suelo es el primero en responder a factores edáficos a través de mecanismos locales y sistémicos para adaptar a la planta a las nuevas condiciones adversas. Mientras que las respuestas locales implican cambios en la arquitectura de la raíz, las sistémicas implican comunicación mediante señales químicas (nutrientes y hormonas vegetales) con la parte aérea para reorganizar las relaciones fuente-sumidero y así adaptarse al estrés. Como consecuencia, estas alteraciones en la comunicación raíz-parte aérea y en las relaciones fuente-sumidero tienen profundos efectos en el crecimiento y desarrollo de la planta, y en la productividad y estabilidad de los cultivos, y las hormonas vegetales juegan un papel esencial en todos estos procesos.

Objetivos:

1. Conocimiento de los mecanismos fisiológicos y moleculares de tolerancia estreses edáficos (eg. salinidad, sequía, déficit de nutrientes, y sus combinaciones) y a plantas parásitas (jopos).

Mediante el estudio de genotipos de contraste en su nivel de tolerancia a los distintos estreses o utilizando mutantes de funciones hormonales naturales u obtenidos mediante modificación genética, se estudian los cambios en la arquitectura radicular, así como hormonales, metabólicos y transcriptómicos en relación con la respuesta a dichos estreses. Se estudia tanto la planta entera o bien sólo la raíz como portainjertos a través de la comunicación entre la raíz y la parte aérea, o entre la raíz y la planta parásita (jopo, Phelipanche ramosa).

2. Explotación de la variabilidad natural y biotecnológica para minimizar el impacto negativo que dichos estreses tienen sobre la productividad de los cultivos, con especial énfasis en el desarrollo y aplicación de portainjertos hortícolas.

Analizamos la variabilidad intra- y extra-específica dentro del género Solanum sp. para desarrollar portainjertos que mejoren la productividad a través de un incremento general del vigor y de la optimización del balance vegetativo/generativo de las variedades élite de tomate, o de forma específica a través desu tolerancia a salinidad, déficit hídrico o nutricional. También se estudia la variabilidad obtenida mediante modificación genética para alterar la producción de una determinada hormona en la raíz, con especial interés en citoquininas, ácido abscícico, etileno y estrigolactonas.

3. Análisis y fenotipado de la optimización de las relaciones fuente-sumidero a través de la interacción planta x polinizador.

Se trata de un tema totalmente novedoso que pretende estudiar y explotar las interacciones ecosistémicas planta x polinizador para seleccionar y mejorar cultivos frente a condiciones ambientales adversas.

El principal cuello de botella en la mejora de plantas para obtener variedades más tolerantes frente a estreses abióticos es el fenotipado y selección de los individuos más adecuados en los distintos niveles de los programas de mejora. Basándose en la hipótesis de que las flores integran esas relaciones ‘fuente-sumidero’ a través de su composición química que determina señales honestas de disponibilidad energética para los polinizadores, se pretende abordar el objetivo de comprobar si la preferencia del polinizador por unas plantas sobre otras refleja el grado de optimización de las relaciones fuente-sumidero y puede servir como herramienta para seleccionar de forma sencilla los individuos más favorables mediante el análisis de la interacción genotipo x ambiente x polinizador. Además, la identificación de indicadores genéticos, ionómicos, metabólicos y hormonales en las flores que se correlacionen con la resiliencia de la planta y la preferencia del polinizador puede generar nuevo conocimiento sobre los mecanismos de tolerancia al estrés, que podrían ser utilizados en programas de mejora. Por otro lado, mediante la adecuada automatización del análisis de la preferencia de los insectos se podría abrir una nueva vía a la mejora genética mediada por la selección natural de los polinizadores.

Ofertas tecnológicas:

- Análisis de hormonas vegetales, algunos de sus derivados, así como metabolitos primarios y secundarios mediante UHPLC-MS-Orbitrap. Contacto: Cristina Martínez (cmandujar@cebas.csic.es)

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