Modificación de la dinámica estomática y descarga de fotoasimilados al floema en Nicotiana tabacum: impacto en la eficiencia fotosintética y uso del agua en diferentes condiciones de crecimiento

Desde la Revolución Industrial las concentraciones atmosféricas de CO2 y de otros gases de efecto invernadero se han incrementado considerablemente, llevando a un aumento en la temperatura media anual mundial (Dusenge et al., 2018; Hansen et al., 2010). Se estima que, hacia fin de siglo, este incremento en los gases de efecto invernadero producirá un aumento de temperatura promedio de entre 1 a 3,7 °C (Cook et al., 2014). Sumado a esto, las predicciones indican que se producirá un aumento de las zonas áridas de la tierra, debido a que la atmosfera se volverá más seca en el futuro (Dai, 2013), disminuyendo la posibilidad de incrementar las áreas para producción vegetal. Estos cambios climáticos, sumados al aumento exponencial de la población humana (Gerland et al., 2014), ponen serias dudas en cuanto al sostenimiento de las generaciones futuras, siendo necesario lograr aumentos considerables en el rendimiento agrícola actual (Frommer y Sonnewald, 2000; Edgerton, 2009). Por este motivo, en este trabajo de tesis nos propusimos avanzar en la caracterización fenotípica, bioquímica y molecular de líneas transgénicas de Nicotiana tabacum (KAT1::ZmnonC4-NADP-ME) y estudiar el efecto de posibles condiciones ambientales futuras como alta concentración de CO2, alta temperatura y sequía. Estas líneas transgénicas (ME) fueron generadas durante la tesis doctoral de la Dra. Gabriela L. Müller en el Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos (CEFOBI – CONICET) y presentan características de gran interés como floración temprana, mayor exporte de azucares al floema, menor consumo de agua y mayor biomasa por cantidad de agua consumida, entre otras (Müller et al.; 2018). La relevancia de este análisis reside en el estudio de una estrategia tecnológica que podría permitir la generación de cultivos de interés agronómico aptos para las posibles condiciones ambientales futuras. De este modo, comparamos los perfiles metabolómicos y proteómicos de las hojas de las distintas líneas y observamos diferencias, con respecto a las plantas wild type (WT), en los niveles de diversos aminoácidos, intermediarios del ciclo de Krebs y azúcares; además de variaciones en los niveles de proteínas relacionadas con el ciclo celular, la floración, la señalización hormonal y el metabolismo del carbono. También analizamos la tasa de fijación de CO2, la transpiración a través de los estomas, y diversos parámetros fotosintéticos como la tasa máxima de carboxilación de la Rubisco, la tasa de transporte de electrones y la velocidad de uso de las triosas fosfato. Los resultados indicaron que las líneas transgénicas poseen una mayor eficiencia en el uso del agua acompañado de un aumento en los parámetros fotosintéticos con respecto a las plantas WT. Respecto al efecto de las posibles condiciones climáticas futuras, cuando se crecieron las distintas líneas de Nicotiana tabacum a 38/30 °C día/noche se observó una disminución en la biomasa y el área de las hojas respecto a la condición control (24/18 °C), pero esta disminución fue menor en las plantas ME en comparación con las plantas WT. También se analizó el crecimiento en un ambiente con alta concentración de CO2 (aproximadamente 800 ppm) y en este caso en todas las líneas aumentó tanto el área foliar como la biomasa total respecto a la condición control (aproximadamente 400 ppm). Sin embargo, en las líneas ME crecidas a 800 ppm el peso específico foliar aumentó entre un 15 y un 24%, mientras que en la línea WT este aumento no se observó. Finalmente analizamos el efecto de la sequía en las distintas líneas. Para ello, se suspendió el riego durante 30 y 45 días a plantas de 8 semanas y luego se analizó la capacidad de recuperación, supervivencia y producción de semillas. Si bien todas las plantas sobrevivieron a los 30 días sin riego, las plantas ME tuvieron una mayor recuperación y un mayor número de semillas por planta al finalizar su ciclo de vida. En el caso de la sequía por 45 días las plantas WT no sobrevivieron luego de la rehidratación, mientras que la mayoría de las ME si lo hizo, completando su ciclo de vida con una producción de semillas similar o mayor al de las plantas que no sufrieron el estrés. En su conjunto, este trabajo representa un importante avance en el estudio de una posible estrategia para el mejoramiento de los cultivos a futuro, considerando que mediante la misma se generaron líneas que tienen un mayor aprovechamiento de un recurso tan importante como el agua y que presentan ventajas productivas frente a posibles condiciones ambientales futuras.