El equipo investigador de la Conexión Trigo CSIC en colaboración con otros centros de investigación internacionales publican estudio que combina el fenotipado con el metabolismo de las plantas para identificar nuevos rasgos para la mejora de trigo, como el papel clave de la fotosíntesis de espigas y la translocación de nitrógeno a nivel de planta entera.
La mejora del rendimiento de los cultivos cerealistas requiere de nuevos enfoques que no se limiten al aumento de la fotosíntesis foliar, sino que integren la planta entera, la fotosíntesis de órganos no foliares y el equilibrio fuente-sumidero. Además, son necesarios estudios multidisciplinares enfocados en la identificación de parámetros clave para la mejora de caracteres complejos, como es el rendimiento. En este contexto, el aspecto novedoso de este estudio fue la integración del análisis de componentes agronómicos en cosecha con la monitorización del crecimiento de las plantas utilizando una plataforma de fenotipado aéreo y a nivel de suelo, la medida de la capacidad fotosintética foliar, y la caracterización exhaustiva del metabolismo de seis órganos fotosintéticos durante el llenado del grano (lámina y vaina de la hoja bandera, pedúnculo, y glumas, lemas y aristas de las espigas). En estos seis órganos se determinó, como aspectos más relevantes, el contenido y la composición isotópica del carbono y nitrógeno, los niveles de metabolitos, las actividades de enzimas y niveles de transcritos relacionados con el metabolismo primario, así como el proteoma de tres de los órganos.
De este modo, en dos variedades de trigo duro seleccionadas por presentar rendimientos contrastantes durante tres anualidades con diferente disponibilidad hídrica, se investigó qué caracteres fueron claves para el llenado del grano y la respuesta al estrés hídrico mediante la integración de las medidas de fenotipado a nivel de planta entera con los análisis realizados en los diferentes órganos.
En general, el trigo duro fue susceptible al estrés hídrico, mostrando un importante descenso del rendimiento, la biomasa, y la fotosíntesis foliar, asociado a una inhibición del metabolismo de carbono y nitrógeno de la planta, principalmente en la hoja bandera. En la variedad con mayor rendimiento, independientemente del régimen hídrico, se observó una redistribución eficiente de los recursos a la espiga, que condujo a un descenso del número de espigas por área, si bien garantizó una mayor viabilidad y peso de los granos. Además, la mejora del metabolismo del carbono en las hojas y brácteas de la espiga y la asimilación del nitrógeno en todos los órganos fotosintéticos estudiados facilitaron la removilización del carbono y nitrógeno hacia el grano y contribuyeron al mayor rendimiento de la variedad más productiva. Por lo tanto, proponemos que para una mejora del rendimiento en condiciones mediterráneas es clave considerar la dinámica fuente-sumidero y la contribución de los órganos fotosintéticos no foliares como la espiga y, en particular, la asimilación y removilización de nitrógeno durante la fase de desarrollo de llenado del grano.
Este estudio es el resultado de una colaboración internacional entre la Universidad de Barcelona, ITQB NOVA (Universidade Nova de Lisboa), Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology, ITACyL, IRNASA y CRAG.
Referencia científica:
Vicente, R., Vergara-Díaz, O., Uberegui, E., Martínez-Peña, R., Morcuende, R., Kefauver, S. C., … & Araus, J. L. (2024). Non-foliar photosynthesis and nitrogen assimilation influence grain yield in durum wheat regardless of water conditions. Journal of Experimental Botany. https://doi.org/10.1093/jxb/erae064