Desvelar los misterios de la latencia de las semillas de alfalfa mediante el análisis de imágenes multiespectrales
La alfalfa (Medicago sativa), comúnmente llamada el "rey de la hierba", es una leguminosa cultivada en muchas partes del mundo como fuente de forraje animal. Es muy apreciada en la industria forrajera por su alto contenido en proteínas y su rendimiento de biomasa. Recientemente, la proteína de alfalfa ha encontrado aplicaciones en la acuicultura, la industria de alimentos para mascotas y la dieta humana. Además, se considera un cultivo beneficioso para el medio ambiente, con efectos positivos sobre la biodiversidad y la conservación del nitrógeno del suelo.
Científicos chinos han utilizado imágenes multiespectrales, aprendizaje automático y técnicas "ómicas" para desvelar los mecanismos de la latencia de las semillas de alfalfa.
m7sanchez
La alfalfa produce dos tipos de semillas -duras y no duras- sin diferencias visibles evidentes. Por desgracia, las semillas duras no pueden evitarse y plantean un reto importante desde el punto de vista económico. Las semillas duras tienen poco valor ya que agravan la germinación lenta, el establecimiento no uniforme de las plántulas, el aumento de la competencia de las malas hierbas y el fracaso de la germinación. La latencia de las semillas -el retraso de la germinación tras la embriogénesis- presenta múltiples categorías de latencia. De ellas, se sospecha que la latencia fisiológica (PD) mediada por hormonas, la semilla dura por latencia física (PD) y la latencia combinatoria (PY+PD) desempeñan un papel en la germinación de las semillas de alfalfa.
Hasta hace poco, se pensaba que la dormancia en la alfalfa sólo incluía el tipo PY. Ahora, científicos de la Facultad de Ciencia y Tecnología de los Pastos de la Universidad Agrícola China, dirigidos por el profesor asociado Shangang Jia, han descubierto el patrón PY+PD en esta especie de leguminosa mediante tecnología de imágenes multiespectrales (MSI) combinada con plataformas "multiómicas".
El estudio se publicó en línea el 31 de marzo de 2023 en la revista The Crop Journal.
Explicando su motivación para llevar a cabo esta investigación, el Dr. Jia afirma: "Estudiar la latencia en semillas de alfalfa duras y no duras es problemático. La investigación comparativa mediante el remojo de las semillas en agua -una técnica llamada imbibición- lleva mucho tiempo y hace que germinen las semillas no duras. Necesitábamos un método preciso, no destructivo y de alto rendimiento para obtener información más detallada".
Combinando la MSI con plataformas multiómicas (transcriptómica, metabolómica y metilómica), el equipo desarrolló una técnica de alto rendimiento para identificar semillas, comparar el patrón de latencia y observar diferencias en la fisiología, el metabolismo y la expresión génica en semillas duras y no duras.
"La técnica pudo identificar con éxito semillas duras de alfalfa con una gran precisión, de hasta el 100%. Además, los análisis transcriptómicos, metabolómicos y metilómicos revelaron que las respuestas al ácido abscísico (ABA) desempeñaban un papel clave en las semillas duras de alfalfa", añade Jia.
El ABA -una hormona que induce la latencia- actúa como un somnífero que mantiene las semillas en estado latente. Además, el equilibrio entre el ABA y otras hormonas como el ácido indol acético (IAA) y el ácido jasmónico (JA) también determina el grado de latencia de las semillas. En comparación con las semillas no duras, las semillas duras estaban enriquecidas en antioxidantes y flavonoides, lípidos y vías biosintéticas hormonales. Además, la mayor expresión de genes ABA y la metilación diferencial de genes sensibles al ABA en semillas duras de alfalfa subrayaron las respuestas al ABA.
El equipo también identificó semillas duras no-PY que contenían niveles más altos de ABA/IAA y ABA/JA y que no germinaron tras el tratamiento para romper la latencia. Este hallazgo dio credibilidad a la implicación del patrón PD e indicó que PY+PD, en lugar de PY por sí solo, gobernaba el fracaso de la germinación de las semillas duras de alfalfa.
"Creemos que hemos proporcionado un marco teórico y técnico para explorar la latencia de las semillas duras de alfalfa, y nuestros hallazgos podrían sin duda guiar el procesamiento óptimo de estas semillas en la industria de la alfalfa", concluye Jia con un aire de entusiasmo.
Los científicos confían en que sus hallazgos influyan decisivamente en futuras investigaciones y puedan tener inmensas implicaciones económicas.
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