Desarrollan nanosensor para decodificar los factores estresantes del cambio climático en los cultivos

Investigadores del Grupo de Investigación Interdisciplinaria (IRG) de Tecnologías Disruptivas y Sostenibles para la Precisión Agrícola (DiSTAP) de la Alianza para la Investigación y la Tecnología (SMART) Singapur desarrollaron un nanosensor de última generación altamente selectivo para el ácido salicílico. Una hormona vegetal clave en la mediación de la respuesta y adaptación al estrés de las plantas, que fue validado en cultivos.

SA es una hormona vegetal crucial para el crecimiento, el desarrollo y la respuesta al estrés ante patógenos, temperatura, sequía, salinidad, metales, luz ultravioleta y estrés osmótico.

Los investigadores también crearon un método para multiplexar o combinar este sensor con otros para el seguimiento simultáneo y en tiempo real de múltiples perfiles de hormonas vegetales y señales químicas.

Esta comprensión de la compleja comunicación dentro de las plantas estresadas es vital para cultivar cultivos que sean resistentes a diversos factores estresantes, incluido el cambio climático.

Los métodos tradicionales de detección de estrés en las plantas dependen de laboriosas pruebas de laboratorio, que consumen mucho tiempo y son a la vez destructivas y perjudiciales para el crecimiento de las plantas.

Mientras que las tecnologías emergentes como la fluorescencia de clorofila y las imágenes hiperespectrales se centran en los cambios metabólicos que ocurren cuando las medidas reparadoras son limitadas y únicas. Después de la percepción y señalización inicial del estrés.

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¿Cómo evitar la pérdida de los cultivos?

En la investigación, los científicos documentan sus dobles avances en el seguimiento de la salud de las plantas. En primer lugar, el desarrollo del primer nanosensor, validado in situ en pak choi vivo (comúnmente conocido como col china), que detecta específicamente SA, una hormona vegetal clave en la mediación de la respuesta y adaptación al estrés de las plantas.

En segundo lugar, los investigadores también crearon un método para combinar este sensor con otros, allanando el camino para el seguimiento simultáneo y en tiempo real de múltiples señales químicas de las plantas durante las primeras etapas de estrés.

Lo que, a su vez, puede permitir diagnósticos más tempranos y, en última instancia, mejorar la tolerancia al estrés de las plantas y mitigar las pérdidas de cultivos debido al estrés ambiental.

Esta investigación y tecnología se basa en el trabajo de larga data de SMART DiSTAP con sensores vegetales innovadores basados en el concepto de reconocimiento molecular en fase corona (CoPhMoRe), iniciado por el Strano Lab en SMART DiSTAP y el MIT.

“Este sensor para SA nos brinda información sobre un nuevo lenguaje de señalización dentro de las plantas vivas. Ahora, los agricultores pueden comprender en tiempo real los tipos específicos de estrés y los factores estresantes que afectan a los cultivos”, declara Michael Strano, autor correspondiente,
coinvestigador principal de DiSTAP.

Principales resultados

Al enfatizar la importancia de monitorear los niveles de SA en las plantaslos investigadores señalan que las fluctuaciones en los niveles de SA sirven como indicadores tempranos del estrés de las plantas.

Al aprovechar el poder de los sensores nanobiónicos de plantas diseñados específicamente para detectar SA, los agricultores ahora pueden medir de forma proactiva los niveles de estrés en las plantas mucho antes de que se manifiesten signos visibles.

“Estos datos invaluables brindan a los agricultores la previsión necesaria para intervenir preventivamente e implementar medidas específicas para mitigar la pérdida de cultivos”, señala el grupo de investigación.

Los resultados mostraron que cada tipo de estrés desencadenaba un patrón único de respuesta de producción de SA y H₂O₂ dentro de la planta.

Este descubrimiento ofrece una comprensión más profunda de cómo las plantas se comunican y combaten diferentes tensiones, allanando el camino para el desarrollo de cultivos con mayor resiliencia.

“En última instancia, contribuye a un suministro mundial de alimentos más seguro frente a desafíos como el cambio climático”, concluye el estudio.

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