Comportamiento del aparato fotosintético bajo diferentes condiciones ambientales, y su posible uso como criterio de mejora vegetal en arroz (<i>Oryza sativa</i> L.)

Abstract

El arroz se encuentra dentro de las especies vegetales mas cultivadas mundialmente, su alto valor nutricional y su capacidad de adaptarse a diversos ambientes ha favorecido la producción agrícola de esta especie en 113 países, siendo el alimento básico de más de la mitad de la población mundial. A su vez, en el mundo en desarrollo el arroz proporciona el 27 por ciento de la energía alimentaria y el 20 por ciento de las proteínas. Sin embargo, las cosechas y el rendimiento de grano están estancadas en los últimos tiempos. En Argentina, la limitación térmica por bajas temperaturas en zonas productoras de arroz, afecta al cultivo de arroz en estado vegetativo causando reducción del crecimiento como consecuencia del estrés por frío. Actualmente, para superar la deficiencia de temperaturas óptimas para el normal crecimiento del cultivo de arroz, se opta como estrategia retrasar las fechas de siembra. Esta estrategia, trae una segunda limitante a la productividad del cultivo, ya que el crecimiento en estadio adulto de la planta se desarrolla en condiciones de baja radiación lumínica desaprovechando de este modo gran parte del potencial lumínico ambiental. Por estos dos motivos, es de vital importancia generar nuevos germoplasmas de arroz con alta capacidad de crecimiento bajo condiciones de temperaturas sub-óptimas, y que a su vez posean una mayor eficiencia en la captación lumínica. Con el objetivo de evaluar el efecto de las temperaturas sub-óptimas (TS) a nivel fotosintético en arroz, se evaluó la respuesta fisiológica, bioquímica y transcripcional de un grupo de proteínas extrínsecas del fotosistema II (FSII) en dos variedades de arroz con crecimiento contrastante bajo temperaturas TS, IR50 y Koshihikari. Fisiológicamente, se observaron alteraciones en el transporte de electrones en las plantas sometidas a estrés por bajas temperaturas causadas por un desacople en el complejo liberador de oxígeno (OEC), siendo esta alteración mayor en la variedad sensible (IR50) en comparación con la variedad tolerante (Koshihikari). Nuestros resultados sugieren que los niveles de las proteínas extrínsecas del OEC están involucrados en el proceso de tolerancia al estrés por frío en arroz. Por otra parte se generaron líneas propias de arroz tolerantes a frío, utilizando una metodología de selección que permitió acortar los tiempos de obtención de líneas estables. Dichas líneas tuvieron una mayor capacidad de crecimiento en condiciones de baja temperatura junto con una mayor capacidad fotosintética a nivel del FSII. A su vez, estas líneas de arroz mejoradas tuvieron buenos rasgos de rendimiento comparada con sus respectivos parentales y una variedad comercial, acompañada de una mayor eficiencia fotosintética durante el periodo de llenado de grano. Finalmente, un estudio de asociación del genoma completo (GWAS) con plantas de arroz cultivadas en dos ambientes diferentes, permitió identificar polimorfismo de nucleótido único (SNPs), que mostraron un claro vínculo entre la expresión del potencial genómico y el ambiente en el que las plantas fueron cultivadas. A su vez, se identificaron locus de carácter cuantitativo (QTLs) que vinculan la eficiencia fotosintética con genes involucrados en el desarrollo celular y el llenado de grano en arroz. El presente trabajo de tesis permitió identificar distintos mecanismos implicados en respuesta diferentes factores ambientales en arroz, en los cuáles la respuesta del FSII se encontraría fuertemente vinculada. Nuestros resultados abren la posibilidad de futuros estudios y aplicaciones en la mejora vegetal de las variedades de arroz actualmente cultivadas.