miércoles, 21 de junio de 2017

Los soldados zombies existen, pero solamente entre los escarabajos

Aunque parezca un titular de película de ciencia ficción de serie B, no lo es. Los “zombies” existen, se llaman “insectos zombies” aquellos insectos que son infectados por un hongo patógeno o parásito que altera su comportamiento y morfología para beneficiarlo, y acabar matando al insecto. De hecho, este fenómeno no existe únicamente entre los insectos, ¡también existe entre los humanos! Aunque no de forma tan marcada, un ejemplo es la toxoplasmosis que afecta  a los gatos y a otros mamíferos, y que llega a infectar a los humanos. Incluso este parásito se considera que altera el comportamiento de los ratones (hacen que sean más lentos  más "suicidas" para que sean más fáciles de ser comidos por los gatos y así contagiarlos) e incluso puede que hasta el comportamiento de los humanos, provocando que sea más proclive a enfermedades mentales y que sientas más atracción por los gatos y esto ayuda al parásito a seguir colonizando humanos y gatos (pero no quiero desviarme porque este no es el objetivo del artículo).

Estos tipos de parásitos “transforman” al hospedador (normalmente insectos) en un “zombie”, que acaba haciendo lo que le beneficia al hongo para poder seguir dispersándose, por ejemplo, les suelen obligar a subirse a lo alto de las flores para que atraigan a otros insectos y se peguen a ellos para contagiarle el hongo.
Científicos de la Universidad de Arkansas y de Cornell (Estados Unidos), acaban de publicar el descubrimiento de una nueva variedad de hongos “zoombizantes” de insectos en la prestigiosa Journal of Invertebrate Pathology. Concretamente han descubierto que un hongo llamado Eryniopsis lampyridarum es capaz de infectar al “escarabajo soldado Goldenrod”, perteneciente a la familia de los coleópteros, Chauliognathus pensylvanicus, ¡¡y transformarlo en zombies!!

¿Cómo lo hicieron?

En 1996, en la Universidad de Arkansas, encontraron gran cantidad de escarabajos soldados Goldenrod (como los de la imagen, la de abajo, obviamente ;) ) pegados por las mandíbulas a unas flores llamadas Aster pilosus. Las alas estaban abiertas y tenían todo el cuerpo cubierto por un hongo (como el de la imagen). Además, alrededor de estos escarabajos infectados y aparentemente muertos, había multitud de escarabajos de la misma especie alimentándose del polen de esa misma flor. Además, se observaron varios grupos de escarabajos sanos copulando con estos escarabajos infectados por el hongo.
Resultado de imagen de Chauliognathus pennsylvanicus
Escarabajos soldados Goldenrod sin infectar
Insecto zombie infectado 
A ver este efecto tan curioso, lo que hicieron estos científicos fue recolectar a varios de estos insectos, tanto sanos como infectados, y observarlos en el laboratorio, observando su comportamiento durante varios años, hasta el año 2016, que pudieron concluir que el comportamiento de los escarabajos era debido al hongo.
Finalmente llegaron a la conclusión que este hongo modificaba el comportamiento de los escarabajos, obligándolos a volar a la flor, morder la flor, y dejar abiertas las alas para atraer a otros escarabajos a copular con ellos y así contagiarles el parásito.

Conclusiones

Aunque parezca que estamos hablando de un guión de una película de terror, el caso de los insectos zombies es un hecho no tan raro en la naturaleza. Esto nos ayuda a darnos cuenta que la ciencia aún tiene mucho que enseñarnos y sorprendernos, por lo que ¡muchas veces es mejor leer sobre ciencia que ver una película de terror!
Autor de insecto sin infectar: Mrs. Gemstone (https://www.flickr.com/photos/gemstone/6176909778   CC BY-SA 2.0)
Autor de la imagen del insecto infectado: cotinis (https://www.flickr.com/photos/pcoin/5021492107  CC BY-NC-SA 2.0)


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martes, 13 de junio de 2017

Descubren cómo las micorrizas ayudan a las plantas a combatir la sequía.

Ante el escenario de cambio climático, la agricultura se ve cada vez más afectada por sequías pronunciadas. La presencia en el suelo de micorrizas (asociaciones entre hongos del suelo y las raíces de las plantas, presentes en todos los ecosistemas naturales), puede ayudar a aliviar los efectos de la falta de agua en los cultivos. Las plantas micorrizadas mejoran la captación agua y nutrientes del suelo, además de estar más protegidas frente al daño oxidativo producido durante el estrés hídrico (sequía). Recientemente sabemos que las micorrizas también modifican y mejoran la capacidad de transportar agua en la raíz.
Las acuaporinas son proteínas presentes en todos los organismos vivos (también en humanos) que forman canales en las células, transportando agua y otros compuestos (Dióxido de Carbono, urea, Silicio, Boro, glicerol…). La regulación de las acuaporinas (el aumento o disminución de estas proteínas en las membranas) es esencial para que la planta mantenga un balance de agua adecuado para su funcionamiento.
La micorriza (como las que se pueden ver en las imágenes de este artículo) es capaz de modificar la cantidad y/o la funcionalidad de las acuaporinas para regular el transporte de agua en la raíz, aumentando la tolerancia a la sequía. Por eso, entender cuáles son las acuaporinas clave que la micorriza regula en condiciones de sequía es esencial para entender cómo el hongo actúa para mejorar la tolerancia al déficit hídrico y podría aplicarse en futuros estudios de mejora genética.


En mi grupo de investigación en la Estación Experimental del Zaidín (CSIC) en Granada (España) acabamos de publicar un artículo en la prestigiosa revista Frontiers in Pant Science donde arrojamos algo de luz a este sistema tan interesante de micorrizas. 

¿Cómo lo hicimos?

Se inocularon dos variedades de maíz (una tolerante y otra sensible a la sequía) con un hongo formador de micorrizas (Rhizophagus irregularis o también llamado Glomus intraradices). Después de mes y medio de crecimiento en macetas de 1 L, la mitad de las plantas se sometieron a sequía (limitando el aporte de agua) durante dos semanas, simulando una sequía severa.
Tras la cosecha, se analizaron distintos parámetros fisiológicos que nos dan una idea del estado de la planta (peso, estado de sus membranas, estado del aparato fotosintético, acumulación de especies reactivas del oxígeno,…)
Además se analizó cómo se regulan las acuaporinas de maíz (existen 36 acuaporinas en maíz, de las cuales se analizaron 16 por estar reguladas por la micorriza) en ambas variedades y en las distintas condiciones (sequía y normalidad, con y sin micorrizas) utilizando la técnica de la Reacción en Cadena de la Polimerasa en tiempo real (del inglés qRT-PCR). Mediante esta técnica es posible cuantificar la expresión génica de forma relativa de un gen frente a otro gen normalizador que se expresa constitutivamente, es decir, los genes que se "encienden" y se "apagan" cuando se pone a la planta en diferentes condiciones. De esta forma, podemos averiguar si un gen se está induciendo o reprimiendo en nuestras condiciones de estudio.

Conclusiones

En este estudio se vio que, el efecto positivo de la micorriza frente a la sequía es mayor en una variedad de maíz sensible a la sequía con respecto a una variedad tolerante, posiblemente porque la planta tolerante ya tiene sus propios mecanismos de defensa frente al estrés.
Además, se descubrió que un mayor número de acuaporinas (9 de ellas) estaba regulado durante la sequía en la variedad sensible cuando la planta estaba micorrizada que en la variedad tolerante (solamente 3 de ellas). Esta mayor regulación (principalmente su represión) podría ser la forma que tienen estas plantas de evitar la pérdida de agua. Es más, la micorriza parece que interfiere o ayuda a la planta a "hacer funcionar" estas acuaporinas, lo que podría ser clave para esta ayuda que le da a la planta.
Es decir, en este artículo hemos identificado los sistemas mediante los cuales las micorrizas son capaces de hacer que un cultivo aumente su tolerancia a la sequía, lo que es muy importante en una agricultura en la cual la falta de agua ya está siendo un gran problema.

Este artículo ha sido escrito por la colaboradora de nuestro blog "artículos científicos para no científicos", que también es autora principal del artículo del que habla el blog:
Gabriela Quiroga García, investigadora predoctoral.
Estación Experimental del Zaidín (CSIC), Granada (España).


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miércoles, 7 de junio de 2017

Nuevo estudio con isótopos radioactivos muestra cómo se alimentaban las primeras ciudades de la historia

La aparición de los primeros centros urbanos representa uno de los momentos más interesantes de la historia de la humanidad, y uno de los que más difíciles de estudiar (porque hace muuuucho tiempo de esto, y los restos son muy limitados).
Un estudio publicado el pasado lunes en la prestigiosa revista Nature Plants, demuestra cómo la agricultura extensiva provocó y permitió la aparición de las primeras ciudades en el norte de Mesopotamia.
Hasta ahora se pensaba que el desarrollo de las primeras ciudades se consiguió por el desarrollo de técnicas agrícolas intensivas, con fertilización y riego de pequeñas zonas con altos rendimientos para la época, pero muy trabajadas. Sin embargo, actualmente la alimentación mundial se sostiene fundamentalmente por la agricultura extensiva, ¿pero cuándo comenzó esta agricultura extensiva? Tal vez desde antes de lo que se pensaba.

¿Cómo lo hicieron?

En este estudio se han utilizado isótopos radiactivos estables de carbono ( δ13C) y de nitrógeno (δ15N) para averiguar algo más de la agricultura de las primeras grandes sociedades organizadas del planeta. Estos isótopos son, a grandes rasgos, átomos de un mismo elemento, cuyos núcleos tienen una cantidad diferente de neutrones, y por lo tanto, difieren en número másico. Gracias a esta ligerísima diferencia entre número de neutrones de compuestos orgánicos se pueden conocer desde la antigüedad de unos restos hasta cómo se cultivaron diferentes cultivos.  
Usando los valores de δ13C y δ15N de restos de cultivos (276 muestras de granos de cereales carbonizados y 44 muestras de semillas) encontrados en sitios arqueológicos de Tell Sabi Abyad, Tell Zeidan, Hamoukar, Tell Brak and Tell Leilan (6500–2000 años antes de Cristo) consiguieron deducir que prácticas tan actuales como la fertilización y el manejo del agua para el riego formaban una parte importante de la agricultura que se practicaba en el milenio 7 antes de Cristo.

Concretamente, se ha podido determinar porque los valores del δ15N en cereales que han sido fertilizados, aumenta un 10% respecto a los que no lo han sido, además varían en función del tipo de abono (residuos caseros o compost o heces de ganado). Por otra parte, el δ13C nos puede dar mucha información sobre el agua que tenía el cultivo que se ha recogido. Es decir, los granos que tenían más agua  (los que fueron regados) tenían mayor cantidad de δ13C, que los que no fueron regados (en agricultura extensiva, antiguamente no se regaban los cultivos extensivos). De esta forma han podido saber qué cultivos han sido regados y abonados (agricultura intensiva) frente a los que no lo fueron (agricultura extensiva).
Con estos datos, combinándolos con la localización de las antiguas ciudades de Mesopotamia, con los datos arqueológicos de estas ciudades y asentamientos (densidades de poblaciones, tamaño… ) y el análisis de la procedencia de los diferentes granos (trigo, cebada, lentejas, guisantes…), los científicos han podido trazar un mapa de la relación entre las sociedades de hace 9 milenios y la agricultura que practicaban.

Conclusiones.

Gracias a esta investigación se ha visto cómo, aunque en los primeros centros urbanos se aplicaban prácticas de agricultura intensiva, se tuvo que pasar de una pequeña agricultura intensiva a una agricultura extensiva. Esto se tuvo que hacer para poder alimentar a las poblaciones de las ciudades que comenzaban a crecer mucho, influyendo en el desarrollo de nuevas formas de centralización política y burocrática. También se ha visto en este estudio que tanto la agricultura intensiva como la extensiva se combinaron en las primeras ciudades de las historia para poder dar de comer a tanta población que estaba creciendo de forma inédita en la historia de la humanidad.
Es decir, sin agricultura ¡¡no hubiera habido civilizaciones ni el resto de las ciencias ni arte ni nada!!
PD: Permítanme esta última licencia poética e imparcialidad debido a mi profesión como ingeniero agrónomo e investigador en el campo de a agricultura ;).

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martes, 30 de mayo de 2017

¿Sabes diferenciar una noticia con base científica de una pseudocientífica o falsa?

Uno de los grandes problemas que tiene la ciencia hoy en día es su lado oscuro, la pseudociencia. Contra toda expectativa, internet, en lugar de ayudar a la difusión de la ciencia, ha ayudado a difundir la pseudociencia.
Actualmente cualquiera que quiera escribir cualquier mentira puede hacer que ésta tenga una apariencia verídica y se transforme en viral simplemente con hacer un video bonito, un artículo con apariencia científica o imagen impactante. 
En el blog mucha gente se ha puesto en contacto conmigo pidiendo que les diga si alguna noticia tiene base científica, y me he dado cuenta que muchas veces es complicado diferenciarlas, porque hay algunas muy elaboradas. 
El objetivo de este artículo no es definir la diferencia entre ciencia y pseudociencia, para eso existen muchos otros artículos, como podéis ver en este link

A continuación os voy a dar algunos trucos muy sencillos que yo uso para darle credibilidad a una noticia y que aunque no son infalibles, te dará más confianza a la hora de creerte una noticia y difundirla sin que nadie te pueda tachar de crédulo (o de algo peor):

1. No creas que nada es absolutamente cierto e irrefutable. La base del método científico es que no hay verdades inmutables, sino que todo se puede refutar mediante la hipótesis, experimentación y observación.  Pero hay bases científicas que tienen tantas evidencias que es prácticamente imposible de cambiar (la tierra NO es plana, punto).

2. ¿La noticia hace referencia a un artículo científico publicada en una revista científica de prestigio? ¿Cómo saber si una revista científica es de prestigio? En general (aquí habrá puristas que lo critiquen, pero vamos a lo sencillo) éstas están incluidas en un ranking llamada Journal Citation Reports, donde las evalúan todos los años y se les da una puntuación (índice de impacto) (existen otros rankings, pero este es el más habitual). Habitualmente, cuanto mayor es este índice, más fiable es la revista. No vale con que lo diga la Universidad X, si no está publicada en revistas internacionales, no te fíes. Hay instituciones que se hacen pasar por universidades para publicar artículos sectarios (prefiero no poner ejemplos concretos).

3. ¿Este artículo científico aparece en la noticia con su link y es fácil de acceder a él en el caso que quieras contrastar la información? Si no existe ese link, o el link te manda a otra noticia, y esta a otra noticia… directamente no te lo creas.

4. Si manejas el inglés, siempre es bueno leer el artículo original. Muchas noticias de internet interpretan de forma falsa el artículo al que hacen referencia (si os interesa mucho, me lo podéis mandar y me ofrezco a intentar explicároslo).

5. ¿En cuantos individuos se ha hecho el experimento? A veces, en revistas de bajo índice de impacto aparecen artículos describiendo un experimento realizado en muy pocas personas/animales/ensayos. Es decir, si lees que en un experimento se han analizado 10 personas, no te lo creas, si han hecho el experimento en 10.000 personas, puedes empezar a creértelo. Si lo hacen en animales o en células in vitro, puede ser un avance interesante, pero puede que al pasar a humanos o a gran escala no funcione. 

6. Si es una noticia muy impactante (la vacuna contra el SIDA, la cura del cáncer, la energía limpia definitiva…. ) contrástala, ese tipo de descubrimientos/avances se dan una vez en la historia.

7. ¿Te quieren vender un producto milagroso relacionado con esa noticia aparentemente científica impactante? Desconfía.

8. En general los avances científicos no vienen de un artículo aislado, sino de un conjunto de artículos que llegan a los mismos resultados. Es decir, si lees que un anciano del Tíbet ha encontrado la solución de los problemas del mundo… desconfía.

Espero que estos pasos os ayuden a diferenciar una noticia con base científica de una falsa. Y un último consejo, en caso de duda, no difundáis una noticia.

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jueves, 18 de mayo de 2017

Las bacterias ”buenas” luchan contra las “malas” en nuestra ensalada ¡¡y ganan!!

Las frutas y verduras son consideradas como uno de los componentes esenciales para una dieta sana. Concretamente el consumo de vegetales en forma de ensalada se está incrementando en la mayor parte del planeta. Sin embargo, en contraste con el inmenso potencial beneficioso de estos alimentos, hay un incremento de la preocupación de organizaciones como la Organización Mundial de la Salud o de la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos (FDA, del inglés US Food and Drug Administration) de los riesgos de tomar este tipo de alimentos que están sin cocinar, por la presencia de patógenos difíciles de erradicar sin un tratamiento térmico.
En general, todos los vegetales están poblados por millones de bacterias, tanto beneficiosas como patógenas, que habitualmente son eliminadas cuando las consumimos mediante el cocinado de éstas o el lavado con desinfectantes o simplemente con agua. El problema es que, con este incremento del consumo, la elaboración de las ensaladas preparadas y la generalización de múltiples variedades y formas de conservación que muchas veces no es la más idónea, están apareciendo  algunos brotes que pueden ser preocupantes. Algunos ejemplos son el brote de listeriosis que apareció en enero de 2016 en EEUU, o el de Salmonella en los pepinos de 2015.
Una de las posibles soluciones para este problema es estudiar si se puede luchar contra las bacterias patógenas mediante la lucha biológica con bacterias beneficiosas. Con este objetivo un grupo de investigadores indios estudiaron las poblaciones de bacterias en zanahorias, peino, cebolla y tomate, y su trabajo lo acaban de publicar en el último número de la prestigiosa revista científica BMC Microbiology.


¿Cómo lo han hecho?

Compraron zanahorias, pepinos, cebollas y tomates de dos mercados en la India  (Hosur y Salem) entre abril y octubre de 2015. Aislaron bacterias tanto de dentro (sí, sí, ¡de dentro! ¡aunque le quites la piel a las verduras, sigues teniendo bacterias! Se llaman bacterias endófitas y son muy beneficiosas) como de fuera de la verdura. Identificaron las especies mediante secuenciación genética y caracterización bioquímica. Con toda esta información hicieron un estudio bioinformático y estadístico, especialmente orientado para ver la abundancia de los diferentes tipos de bacterias situados en cada verdura y de cómo se relacionan entre ellas.
Uno de los resultados más interesantes fue que había una gran abundancia de bacterias endofíticas (dentro de la verdura) en pepino y tomate comparado con la zanahoria y la cebolla. Cuando clasificaron estas bacterias en patógenas de humanos, de vegetales, beneficiosas de humanos y beneficiosas para vegetales, observaron que la zanahoria y cebolla tenían más bacterias patógenas humanas,  mientras que en el pepino y el tomate dominaban las bacterias beneficiosa para las plantas. 

Conclusiones

Aunque aún queda mucho que estudiar en el complejo mundo de las interacciones microbianas, estos científicos llegaron a la conclusión que las bacterias beneficiosas de las plantas podían llegar a combatir con las humanas por un mismo nicho (es decir, nuestras ensaladas), y creen que si se fomenta el uso de bacterias beneficiosas para la agricultura, no solamente beneficiarán a los cultivos, sino que además podrían conseguir que nuestras ensaladas sean mucho más seguras y sanas para nosotros.


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miércoles, 10 de mayo de 2017

Los microorganismos del suelo dirigen las migraciones de los árboles

Una de las grandes alteraciones que está provocando el cambio climático es la alteración de los tipos de árboles que existen en los bosques. Por ejemplo, cuando sube la temperatura a lo largo de varios años seguidos  en una montaña, como está ocurriendo por el calentamiento global, los árboles más adaptados a menores temperaturas van "migrando" (es decir, creciendo sus poblaciones) a mayores altitudes para poder mantener su rango de temperatura (aproximadamente, cada 167 metros la temperatura sube un grado de media). Pero se ha visto que no siempre es así, tiene que haber otros factores que afecten a esta “migración” de los árboles.
Por otra parte, los microorganismos del suelo tienen una influencia muy importante en las plantas (como puedes ver en esta otra entrada del blog sobre los microorganismos de la rizosfera). De hecho, los microorganismos que viven en las raíces, y concretamente en la rizosfera, se considera que son el equivalente de la microbiota intestinal  en los humanos, con la importancia en la salud que esto conlleva. Concretamente, se lleva unos años observando que el “Plant-soil feedback” (el proceso en el cual las plantas alteran las características bióticas y abióticas del suelo donde viven) puede ser utilizada por las plantas como un arma para “luchar por un territorio”. Es decir, diferentes tipos de plantas fomentan el crecimiento de bacterias beneficiosas para ellas y patógenas para otras especies con el fin de que ellas puedan sobrevivir mejor. Explicado de otra forma, las plantas de una misma especie utilizan el pequeño ejército del suelo para conquistar otro territorio.

Investigadores estadounidenses acaban de publicar en la prestigiosa revista nature ecology & evolution los resultados  de un estudio a gran escala sobre este fenómeno del “Plant-soil feedback”. En este estudio han descubierto que este fenómeno es mucho más importante de lo que se pensaba, y que es capaz de moldear los bosques. Han observado que la capacidad de las distintas especies de árboles para “conquistar” nuevas zonas depende en gran manera de la capacidad de éstos de manipular los microorganismos del suelo a su favor.

¿Cómo lo han hecho?

Hicieron varios estudios desde muchos puntos de vista. Por una parte, estudiaron una gran cantidad de zonas montañosas en Estados Unidos, analizando el suelo en cada uno de ellos, en diferentes estratos de altitud, contrastándola con la temperatura a lo largo de los años, así como la distribución de varias especies, especialmente el Populus angustifolia, de la familia del álamo o chopo.
En paralelo a esto, tomaron muestras de suelo a diferentes alturas de la montaña, en suelo que había sido modificado por árboles de P. angustifolia (es decir, que había sufrido un proceso de “Plant-soil feedback”), y otro sin modificar. Entonces cultivaron árboles independientes en los dos tipos de suelos, todos a la misma altura en condiciones de invernadero, y vieron que las plantas que eran cultivadas en suelo modificada por su misma especie crecían mejor. Es decir, las plantas crecían mucho mejor en suelo “preparado” por “su gente” que en suelo preparado por otras especies. En paralelo, hicieron estudios microbiológicos del suelo, demostrando que estas modificaciones del suelo eran debidas a los microorganismos del suelo.

Conclusiones

En este artículo se demuestra que los microorganismos afectan a nuestro entorno de las formas más insospechadas, ya que son capaces de “mover” bosques. Por esta razón, es importantísimo que se invierta en la investigación de los microorganismos que nos rodean, ya que puede ser la fuente de soluciones agrícolas, medioambientales o médicas de formas que hoy en día ni siquiera nos imaginamos. 


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martes, 2 de mayo de 2017

El futuro de la Yuca en peligro por la acumulación de mutaciones en su genoma

La yuca, aipim, mandioca, tapioca, guacamota o casava, es un arbusto muy cultivado en Sudamérica, África y el Pacífico. Debido a que en sus raíces contiene almidones de alto valor alimentario es la tercera fuente de carbohidratos más consumida en los países del trópico, después del arroz y el maíz. Aunque fue domesticada en Latinoamérica, se ha extendido también por África, llegando a ser un cultivo básico para la seguridad alimentaria en muchos de los países de este continente.
La mayor amenaza que sufre este cultivo tan importante es que, aunque la especie original se reproducía por semillas, hoy en día la yuca cultivada se reproduce casi exclusivamente mediante clones por estaquillas. Al no existir la mezcla de genes habitual en la reproducción sexual por semillas, a lo largo de muchos años se han acumulando multitud de mutaciones deletéreas en las variedades productivas del cultivo. Estas mutaciones deletéreas son aquellas que no producen la muerte, sino una reducción  de la capacidad de la planta para sobrevivir y/o reproducirse, provocando una pérdida del rendimiento que actualmente se estima en un 60%. Por hacer un símil con humanos, salvando las distancias, sería algo como los problemas que existen en la endogamia en poblaciones muy pequeñas aisladas, que al no haber diversidad acaban acumulándose enfermedades, alteraciones en la estatura o en el estado físico en general.
Un grupo de científicos compuesto por estadounidenses, ugandeses y nigerianos han identificado cuales son estas mutaciones nocivas con el objetivo de conseguir reducir estas mutaciones y mejorar así la productividad de los cultivos, y evitando que llegue a colapsar la especie en un futuro. Los resultados de este trabajo lo pueden leer en el último número de Nature genetics en este link.

¿Cómo lo hicieron?

Secuenciaron el genoma de 241 variedades de yuca con un gran precisión para asegurarse que las mutaciones detectadas no eran la causa de errores en a secuenciación.

Con toda esta información hicieron un complejísimo trabajo bioinformático, uno de estos fue comparar los genomas con el del árbol del caucho, que tiene el mismo origen que la yuca, pero que se diferenció de ella hace unos 27 millones de años.
Además también vieron algunos de los genes que se modificaron por la domesticación, como el aumento del almacenaje de carbohidratos (la yuca tiene entre 5 y 6 veces más almidón que su progenitor), o la eliminación del contenido en alcaloides como el cianuro, muy tóxicos para el hombre.
Una vez identificados la inmensa cantidad de mutaciones dañinas para la yuca, se preguntaron cómo era capaz de sobrevivir un cultivo con esta  inmensa cantidad de mutaciones dañinas (aunque tenga una pérdida de rendimiento tan importante). La respuesta más válida es que una gran cantidad de estas mutaciones en los alelos heterocigóticos. Es decir, aunque hay muchas mutaciones, al tener una segunda copia del mismo gen sin mutar, el daño se controla y el cultivo puede seguir siendo viable. Es decir, es espectacular que el cultivo de la yuca siga existiendo a pesar de la gran cantidad de mutaciones que se han ido acumulando, pero si somos capaces de "limpiar" estas mutaciones deletéreas, el rendimiento del cultivo podría mejorarse muchísimo.

Conclusiones

Este grupo de científicos ha conseguido dar un paso importantísimo para el mantenimiento de un cultivo como el de la yuca al que no se le ha prestado tanta atención en la investigación, entre otras causas debida a que es un cultivo minoritario en los países más ricos. Al conseguir una base de datos de los genomas de este cultivo tan importante se le da una herramienta importantísima a los mejoradores de este cultivo para poder mejorar la yuca, eliminando estas mutaciones, mejorando el rendimiento del cultivo, haciéndolo más sano y completo para las poblaciones cuya base es este alimento. Personalmente quiero destacar que esto es  otro bonito ejemplo sobre como la ingeniería genética y la biotecnología en general es capaz de aportar herramientas para luchar a favor de la seguridad alimentaria en el mundo.



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lunes, 17 de abril de 2017

La importancia del silicio en la resistencia a la sequía en el trigo

El estrés por sequía es una de las grandes preocupaciones del sector agrícola debido a que el cambio climático provocará que grandes regiones del mundo vean reducidas sus precipitaciones anuales de forma drástica.
Una de las soluciones para mitigar este problema (que no solucionarlo) es seleccionar cultivos adaptados a la sequía, estudiar las interacciones de estos cultivos con el suelo así como estudiar el papel de los distintos elementos minerales del suelo para poder manejar los requisitos nutricionales de la forma más óptima posible.
Concretamente el Sílice es el elemento más abundante en la tierra después del oxígeno, y tiene una concentración muy importante en el tallo de la mayoría de las plantas terrestres (entre el 1 y el 10% de su peso seco), especialmente de los cereales. Aunque el sílice no se le considera un nutriente esencial, se considera muy beneficioso para las plantas bajo estrés biótico (provocado por organismos vivos como insectos, bacterias..) o abiótico (sequía, heladas..).

El sílice se acumula en las plantas en forma de los llamados fitolitos, y su concentración varía en función de la disponibilidad de agua o la temperatura. Sin embargo, el efecto beneficioso del sílice en las plantas aún no está claro, se sospecha que influye en el equilibrio hídrico de la planta, el ajuste osmótico, la fotosíntesis, la defensa antioxidante o el balance de nutrientes.
Para indagar en el papel del Sílice en las plantas, concretamente en el trigo, un grupo de científicos franceses han desarrollado una investigación cuyos resultados acaban de publicar en un artículo en la prestigiosa revista New Phytologist, que puedes leer en este link, pero que te explico brevemente a continuación.

¿Cómo lo han hecho?

Han monitorizado el crecimiento y los parámetros fisiológicos de plantas de trigo en cultivo hidropónico con las que han simulado que estaban en condiciones de sequía. Además han determinado dónde y cómo se localizaba el silicio y concretamente los fitolitos. 
Han monitorizado las diferentes formas que tomaban estos fitolitos en las diferentes partes de la planta en las diferentes condiciones de sequía, mediante microscopio óptico convencional y mediante una digestión/extracción ácida.
Además, mediante técnicas más complejas han podido realizar un análisis de los fitolitos in situ mediante técnicas de imágenes con rayos X. Además han conseguido realizar interesantísimos análisis de imágenes combinando espectroscopía de fluorescencia en 2D con imágenes 3D usando tomografía computarizada.
Para simular el estrés a sequía aplicaron Polietilenglicol, también llamado PEG. En estas condiciones de sequía simulada observaron que las plantas a las que se aplicaba sílice resistían mucho mejor la sequía, manteniendo la cantidad de agua en la planta. Observaron además que se reducía la transpiración de las hojas, por lo que se reducía la cantidad de agua que perdía la planta.
Además, observaron que las plantas sometidas a la sequía producían muchos más tricomas (pelitos de las plantas), y en ellas se concentraba parte del silicio (cuya función es endurecerlos). Lo más curioso es que, en condiciones de disponibilidad de silicio, éste se concentraba tanto en estos tricomas como en las venas de las plantas, pero si no tenían suficiente silicio, lo enviaban exclusivamente a las venas. Es decir, en caso de sequía solamente llenaban los tricomas de silicio cuando tenían suficiente, dándole prioridad absoluta a las venas. ¿Pero por qué a las venas?


Conclusión.

La conclusión a las que llegaron estos investigadores es que la planta llena las venas de las plantas de silicio en caso de sequía para mantener a la planta rígida (para reforzar “la arquitectura general de la planta”), es decir, para que cuando faltara agua no se pusieran “mustias” y poder así resistir mejor la sequía.



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domingo, 9 de abril de 2017

Estrigogalactonas, hormonas vitales en la relación planta-microorganismos.

Aunque el objetivo del blog ha sido siempre describir de forma amena artículos científicos sobre un estudio en concreto, en este caso voy a explicar un muy buen artículo de revisión  sobre las estrigogalactonas, una de las hormonas que más están dando que hablar en la actualidad. El artículo en sí (que podéis encontrar en este link) acaba de ser publicado en  la importante revista Trends in Plant Science y ha sido escrita por tres especialistas en el tema (Juan A.López-Ráez, Ken Shirasu y Eloise Foo).  
Las estrigogalactonas son un tipo de sustancia que tiene una doble función, por una parte actúan como hormona vegetal (se ha demostrado que regula la ramificación del tallo y de las raíces de las plantas, el crecimiento secundario, la caída de las hojas y más recientemente que actúa como respuesta al estrés de las plantas). Por otra parte son importantes moléculas “señal” fuera de la planta (de hecho fue la función que se descubrió por primera vez). Las plantas segregan estrigogalactonas por sus raíces para comunicarse con los microorganismos de la “rizosfera” (la parte de suelo en contacto con las raíces de las plantas, con una gran importancia vital en su desarrollo, por la cantidad de microorganismos que viven en ella, en este otro artículo os cuento más sobre ella). Un ejemplo es que el musgo Physcomitrella patents las emite para regular la extensión de sus poblaciones.

La importancia de las estrigogalactonas en las micorrizas.

Las micorrizas son la simbiosis entre unos tipos de hongos y las plantas. En esta simbiosis ambos organismos salen beneficiados, ya que la planta recibe del hongo agua, sales minerales y le ayuda extender el radio de acción de sus raíces además de combatir a otros hongos que podrían producir enfermedades. Por otra parte, el hongo recibe de la planta hidratos de carbono, vitaminas y otras sustancias que no podría sintetizar por sí mismo. Si queréis saber más sobre las micorrizas podéis leer este otro artículo del blog
Se ha demostrado que las estrigogalactonas sirven de atrayente de los hongos micorrícicos, mejorando la germinación de las esporas del hongo y su actividad metabólica, así como la ramificación de las hifas del hongo, lo que aumenta las posibilidades de contacto entre las raíces de la planta y el hongo. Además se ha visto que cuando los hongos perciben estas moléculas, ellos producen una sustancia (oligómeros de cadenas cortas de quitina) que cuando es detectada por la planta, ésta activa unos genes que facilitan la micorrización.
Pero no solo  son importantes con las micorrizas, se ha visto que también son una señal importante en la simbiosis de las bacterias llamadas Rhizobium con las leguminosas. Sin entrar en detalle, gracias a esta simbiosis, las leguminosas (como los frijoles, judías, guisantes, etc.) son capaces de fijar el nitrógeno que hay en la atmósfera, uno de los nutrientes fundamentales para las plantas.
Además se ha visto que las estrigogalactonas tienen una gran influencia en otros microorganismos beneficiosos para las plantas, como los hongos trichoderma o las bacterias beneficiosas de la rizosfera, también llamadas PGPR.

El lado oscuro de las estrigogalactonas.

Pero como todo en la vida, nada es completamente positivo. La primera vez que se descubrieron estas moléculas fue en 1960, como una señal que utilizan las plantas parásitas para encontrar otras plantas y así parasitarlas. Este tipo de plantas de los géneros Striga, Orobanche, and Phelipanche, son plantas parásitas obligadas, es decir, no pueden vivir sin “comer” de otra planta. Aunque parezca algo ocasional, hay zonas de África y del Mediterráneo que puede suponer el 70%  de las pérdidas de producción de los cultivos. Se ha visto que este tipo de moléculas son detectadas por las plantas parásitas para “oler” a sus hospedantes y así asegurarse de germinar donde hay plantas que puedan hospedar y así sobrevivir.
Incluso se han estudiado las estrigogalactonas como una herramienta contra este tipo de plantas, ya sea regando con ellas los campos de cultivo antes de sembrar (y así inducir su crecimiento y matarlas) o aplicando inhibidores de estrigogalactonas y así evitar que las plantas parásitas aparezcan.

Conclusiones

Uno de los retos de la agricultura del siglo XXI es desarrollar herramientas medioambientalmente sostenibles reduciendo el uso de químicos de síntesis. Una de estas herramientas son los microorganismos beneficiosos, como las PGPR, Micorrizas, Rhizobium o Trichoderma. El conocimiento de los factores, como las estrigogalactonas, que afectan a las relaciones de estos microorganismos con las plantas resultarán vitales para su desarrollo biotecnológico a gran escala.

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martes, 28 de marzo de 2017

Las “plantas de la resurrección”, el futuro de los cultivos superresistentes a la sequía

Existen unas 135 especies llamadas “plantas de la resurrección” que producen tanto semillas como tejidos tolerantes a la sequía. Pero, curiosamente, ninguna de estas especies tiene importancia para la alimentación humana. Los cultivos con mayor importancia para la seguridad alimentaria a nivel mundial, como el maíz, el trigo o el arroz, son muy sensibles a la sequía, a pesar de que sus semillas son muy resistentes (soportando una reducción de hasta el 1-5% de su contenido en agua, sin perder viabilidad). Esto hace pensar que estos cultivos tan importantes tienen que tener genes que resistan el bajo contenido en agua, pero que solamente se expresen en la semilla.



El hecho que los principales cultivos que alimentan a la población mundial no sean muy resistentes de la sequía, unidos con el inminente cambio climático que reducirá la disponibilidad de agua a nivel mundial, es uno de los problemas de nuestra generación así como de las generaciones venideras.
Por ello, una parte importante de la comunidad científica y agrícola está investigando nuevas estrategias para adaptarse a la reducción del agua disponible para los cultivos.
En este contexto, un grupo de científicos de universidades sudafricanas, holandesas, alemanas y estadounidenses acaban de publicar un artículo en la prestigiosa revista científica Nature Plants, en el cual exponen el descubrimiento de nuevos genes con una gran potencial de generar resistencia a sequía en la planta Xerophyta viscosa (imagen inferior).


¿Cómo lo han hecho?

Estudiaron una de las plantas de la resurrección que crece en la provincia de Mpumalanga en Sudáfrica llamada Xerophyta viscosa (perteneciente a la familia Velloziaceae). Esta planta tiene la capacidad de sobrevivir después de 25 días deshidratada tras quedarse en menos del 5% de residuo seco. Una vez vuelve a regarse, en solamente 5 días vuelve a estar totalmente verde, tal y como podéis ver en el vídeo de este link.
Una vez seleccionaron las plantas, extrajeron su ADN y lo secuenciaron mediante dos técnicas distintas (Illumina y PacBio). Consiguieron ensamblar el genoma completo combinando la información de ambas técnicas (23 Gigabases mediante Illumina y 17.5 Gigabases mediante PacBio).
Una vez obtuvieron todos los genes existentes en la planta, estudiaron los que podían tener relación con su resistencia a la sequía. Existen clusters o grupos de genes que están muy próximos entre sí y que han demostrado en estudios anteriores que pueden aportar resistencia a sequía. Estos grupos se llaman ARIds (de sus siglas en inglés “islas de genes relacionados con la Anhidrobiosis") o CoDAGs (de sus siglas en inglés "clusters de genes asociados con la desecación"). Los investigadores estudiaron estos tipos de clusters como una fuente de genes para en un futuro cruzarlos con cultivos relacionados con la alimentación y así poder generar cultivos resistentes a la sequía.
Además de estos tipos de genes, estudiaron las proteínas LEA, que se consideran que tienen importancia en la respuesta a la salinidad o las heladas, otros grandes problemas de la agricultura a nivel mundial.
Por otra parte, estudiaron cómo se expresaban estos genes en las diferentes etapas en las cuales la planta empezaba a sufrir la sequía y cuando se rehidrataba. 

Conclusiones 

Gracias al estudio de la planta de la resurrección más resistente a la sequía (según los autores del artículo), se han descubierto una gran cantidad de genes relacionados con la sequía, la salinidad o las heladas. Esto ha supuesto un punto de inflexión en el estudio de genes de resistencia a sequía y con total seguridad hará que en el futuro se desarrollen cultivos que necesiten menos agua o, al menos, que aguanten mejor las temporadas de sequías sin reducción de su productividad.

La imagen de la Xerophyta viscosa ha sido realizada por Marco Schmidt.

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miércoles, 22 de marzo de 2017

Las hormigas, un importante aliado para ahorrar agua en los cultivos

En ambientes semiáridos la evaporación del suelo puede suponer unas pérdidas del 30 % del agua. Uno de los objetivos de la agricultura es reducir estas pérdidas al mínimo, especialmente en los climas en los cuales el agua supone un recurso limitado. Una de las técnicas utilizadas habitualmente es cubrir el suelo con diferentes materiales para reducir el intercambio de vapor de agua entre el suelo y la atmósfera. Estos materiales pueden ser arena, guijarros o incluso materiales orgánicos. Sin embargo puede que la solución haya estado siempre en la naturaleza pero no nos hayamos dado cuenta hasta ahora. 
Las hormigas representan la mitad de la biomasa mundial de insectos, siendo vitales en la mayoría de los ecosistemas del planeta. Como “ingenieros de los ecosistemas” crean colonias organizadas, creando abundantes macroporos, galerías y nidos en el suelo, lo que ayuda a la estructuración de los suelos. Hasta la fecha se conocía la importancia de las hormigas en el movimiento de agua en el suelo, pero investigadores chinos de las Universidades de Beijing y Yangling acaban de descubrir que la importancia de las hormigas va mucho más allá, reduciendo la evaporación del agua del suelo.

¿Cómo lo han hecho?

Han estudiado la influencia de un tipo de hormiga, Camponotus japonicus en la evaporación del suelo y en su temperatura. Este tipo de hormiga  tiene un cuerpo bastante grande (10-12 mm de largo) con unas grandes mandíbulas, lo que las permite formar grandes agregados de suelo (alrededor de 1.6 mm de diámetro) y por tanto movilizar más cantidad de suelo. Concretamente, prestaron especial atención a la capa de mantillo que forman las hormigas alrededor de la entrada del hormiguero (se llama mantillo a la capa superior del suelo formada principalmente por materia orgánica en descomposición y que es muy importante para la fertilidad de los suelos, lo puedes ver en la foto  inferior).

Realizaron una serie de experimentos usando macetas de 20 cm x 20 cm, con unos 7 kilogramos de suelo, con diferentes densidades de población de hormigas y con diferentes materiales. Con varios instrumentos electrónicos midieron la evapotranspiración del suelo así como su temperatura.  En primer lugar observaron que a más densidad poblacional de hormigas, mayor era la capa de mantillo que cubría el suelo. Observaron que cuando esta capa de mantillo era más gruesa, el suelo conservaba mejor el agua, incluso más en los días más soleados. Además se observaron efectos muy beneficiosos en la temperatura del suelo, sirviendo de amortiguador de ésta.  Este efecto beneficioso desapareció cuando este mantillo producido por las hormigas se desintegró.

Conclusiones

En este artículo se destaca el efecto beneficioso de las hormigas en los cultivos, especialmente en su papel como agente mejorador de los suelos. Aunque aún hace falta estudiar más los efectos de las diferentes especies de hormigas en los diferentes cultivos, así como en las diferentes plagas (como en otro estudio muy interesante en manzano que podéis leer en este link), lo que está claro es que no podemos dejar de lado una parte tan importante de los ecosistemas mundiales. Las hormigas no sólo son insectos vitales para la vida en el planeta, sino que, bien gestionadas, llegarán a ser una herramienta importantísima en el camino de una agricultura sostenible y respetuosa con el medio ambiente.
El artículo completo lo podéis leer en este link.

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miércoles, 15 de marzo de 2017

Plantas electrónicas vivas, o e-Plants, un futuro no tan lejano

Hace mucho tiempo que circula por las redes la bonita frase: “Imagínate que los árboles dieran WiFi, todo el mundo plantaría árboles como locos y acabaríamos con la deforestación. Es una lástima que sólo produzcan el oxígeno que respiramos…”.  Pues puede que esto no sea tan descarado, parece que las plantas electrónicas serán una realidad en un futuro no tan lejano. 

Las plantas electrónicas, o e-Plantas, o e-Plants, se definen como “plataformas bioelectrónicas orgánicas que permiten interactuar electrónicamente con plantas vivas”. Aunque parezca ciencia ficción (más propio de una serie de televisión como Black Mirror), poco a poco se van desarrollando tecnologías que permitirán en un futuro cambiar todos los conceptos de comunicación. La idea es crear dispositivos electrónicos y circuitos vivos, que utilicen las plantas y sus sistemas vasculares como “plantilla”, de esta forma se podría conseguir ventajas inimaginables hasta ahora, como dispositivos electrónicos que crezcan o se reparen solos o que no tengan ningún residuo para el medio ambiente.

En este sentido, un grupo de científicos de Suecia acaban de publicar un artículo en la prestigiosa revista PNAS en el que muestran los avances que han realizado en la materia.
En este artículo demuestran cómo han conseguido un material ( “oligómero”)  que puede ser distribuido y sintetizado por una especie de rosa (Rosa floribunda) formando largos polímeros  a lo largo de todo el tejido vascular de la hoja, es decir “de su cuerpo”. Lo que significa esto es que han conseguido que se forme una especie de circuito electrónico con “cables” a lo largo de todo el “cuerpo de la rosa”.  No solamente esto, sino que además han conseguido que estos “cables” entren en el espacio apoplástico de las hojas (el espacio entre una célula vegetal y otra). Esto supone un avance para conseguir transmitir la energía de la planta a dispositivos electrónicos integrados, haciéndolos así autónomos respecto a  la energía externa.

¿Cómo lo han hecho?

Lo primero que hicieron fue buscar una sustancia soluble en el agua que se distribuyera sin problemas dentro de la planta sin que la hiciera ningún daño.
Después de diseñar varios materiales han utilizado varias sustancias químicas llamada PEDOT-S  ( de la abreviación de alkoxysulfonate-functionalized poly(3,4ethylenedioxythiophene)), por favor, sin bromas sobre la desafortunada abreviatura y otra variación llamada ETE-S .  Esta sustancia  es capaz de organizarse dentro del  Xilema de la planta, lo que sería como las “venas de las pantas”. Gracias a que tiene un muy bajo potencial oxidante para la planta y a su bajo tamaño molecular puede introducirse a lo largo de todos los tejidos de la planta, formando una red de “cables”. La introducción de esta sustancia fue muy simple, simplemente la disolvieron en agua y pusieron las rosas cortadas en esta agua, transportándose de forma natural por toda la planta a las 24 horas.
Mediante diferentes técnicas como microscopía y cromatografía líquida comprobaron la eficacia de esta red de “cables” a lo largo de la planta. Además hicieron un circuito muy sencillo para comprobar el potencial que tendría este sistema para, en un futuro poder alimentar dispositivos autónomos más complejos.  Aunque el dispositivo era muy sencillo, con una longitud de 1.7 centímetros, consiguieron una diferencia en la corriente eléctrica, consiguiendo demostrar que este “cableado” natural podría ser factible en el futuro.

Conclusiones

Aunque aún está lejos de ser una tecnología aplicable a la vida real, este artículo ha demostrado que es posible desarrollar un concepto cómo e-plants. Esto tendría unas aplicaciones inimaginables hoy en día, pero que seguro que algún día veremos, y de las cuales nos beneficiaremos en un futuro próximo.

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Artículos científicos para no científicos

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