María Elker Montoya, coautora del estudio, trabaja con plantas de yuca suspendidas en un sistema aeropónico usado para la investigación. (Crédito: CIAT).

Los científicos dejaron a un lado la pala y estudiaron las raíces de la yuca a medida que crecían en tiempo real, suspendidas en el aire. El uso innovador de la aeroponía puede abrir paso a una nueva era de la ciencia para el mejoramiento genético y la intensificación sostenible de la yuca.

La forma tradicional de estudiar las raíces de la yuca es desenterrar la planta. Desafortunadamente, eso tiende a matar la planta, causando serias complicaciones para los investigadores interesados en aprender más sobre cómo crece la yuca. Para resolver esto, científicos de la Alianza entre Bioversity International y el Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT) – la Alianza – cultivaron yuca en el aire, usando una técnica llamada aeroponía, y al hacerlo, eliminaron un obstáculo para los investigadores interesados en aprovechar al máximo uno de los cultivos básicos más resistentes del mundo.

La yuca a veces es considerada un cultivo “olvidado” en el norte a nivel mundial, pero su raíz voluminosa es un alimento básico para unos 800 millones de personas en todo el mundo. Es un cultivo industrial sumamente importante en el sureste asiático, en donde enfrenta varias enfermedades que están poniendo en riesgo los medios de vida basados en la yuca. Los científicos y los gobiernos están cada vez más interesados en encontrar formas más fáciles de realizar investigaciones sobre el cultivo.

Existe un potencial considerable para aumentar la producción de yuca para la seguridad alimentaria y la generación de ingresos si se pueden superar los obstáculos para lograr una mayor producción. Debido a su resiliencia frente a condiciones de sequía, calor y suelos deficientes, la yuca ya se considera un cultivo ideal para el cambio climático.

“Invertimos un gran esfuerzo en el desarrollo del sistema de aeroponía porque finalmente queríamos saber qué propicia el abultamiento de la raíz”, afirma Michael Selvaraj, fisiólogo de cultivos en la Alianza y autor principal del estudio publicado en noviembre en Plant Methods. “Si podemos duplicar el número de raíces de almacenamiento, los agricultores podrán cosechar dos veces durante la temporada de crecimiento”.

Antes de la aeroponía, los científicos recurrían principalmente a destruir una gran cantidad de raíces de plantas – un proceso a veces denominado “shovelomics” – para analizarlas, el cual puede ser costoso y consumir bastante tiempo.

Registro del crecimiento en tiempo real

El sistema aeropónico brinda a los fitomejoradores una forma de visualizar el sistema radicular de la yuca en sus etapas tempranas de desarrollo, ayudándoles a seleccionar de manera efectiva las variedades de más rápido crecimiento. El sistema, desarrollado por científicos de la Alianza y la Universidad de Nottingham, podría ayudar a lograr que el cultivo tropical de raíces sea incluso más popular entre los agricultores y apto para cultivo a gran escala. Después del maíz y el arroz, la yuca es la tercera mayor fuente de calorías provenientes de un cultivo en los países tropicales.

Los investigadores probaron cómo se comportaba la yuca en tres tipos de sistemas de cultivo, rastreando cuándo la planta empezaba a desarrollar raíces de almacenamiento (que se aprovisionan de almidón y agua), la cantidad de raíces y su ritmo de crecimiento. El sistema aeropónico alimentado por dispensadores de niebla demostró ser la mejor opción – comparado con el sistema semiaeropónico o de goteo – al permitir que la yuca brote más rápido raíces más grandes de almacenamiento.

La yuca posee raíces complejas que desempeñan varias funciones, algo que había limitado anteriormente a los científicos para realizar estudios en profundidad sobre el crecimiento de las raíces de almacenamiento y su fenotipificación. La fenotipificación vegetal para la yuca tiene en cuenta cómo la genética, las presiones ambientales y los procesos de producción influencian el crecimiento de las raíces y puede ayudar a los mejoradores a seleccionar plantas más productivas.

El sistema de niebla aeropónica permitió a los investigadores observar en tiempo real cómo la yuca desarrolla raíces de almacenamiento, especialmente en las etapas críticas del desarrollo temprano. El sistema de bajo costo además brinda más oxígeno a las raíces de almacenamiento, impulsando así su crecimiento y permite a los investigadores analizar muestras sin destruir el resto de la planta.

Un camino hacia una producción más rápida

Los investigadores también estudiaron cómo la auxina, una fitohormona, aceleraba el desarrollo temprano de raíces cuando se aplicaba a las plantas. Los hallazgos apuntan a nuevas investigaciones que pueden usar la aeroponía para ayudar a identificar los genes que regulan el crecimiento de las raíces de la yuca. Esto tiene implicaciones de largo alcance para el mejoramiento genético, la intensificación sostenible y la aceleración del crecimiento de la planta.

La yuca generalmente tiene un ciclo lento de crecimiento, que oscila entre 8 y 24 meses. Muchos agricultores prefieren sembrar otros cultivos que pueden cosechar varias veces al año. Pero para seleccionar plantas con rasgos que fomenten un crecimiento más rápido, los mejoradores necesitan ver cómo y a qué ritmo la yuca se desarrolla bajo tierra.

“El uso del sistema desarrollado de niebla aeropónica debería ayudar a la identificación de estos genes y, en últimas, mejorar el rendimiento”, concluyó el estudio.

Financiación

El estudio es parte de un proyecto de investigación financiado por el Consejo de Investigación en Biotecnología y Ciencias Biológicas del Reino Unido [BB/P022790/1] y es un trabajo conjunto entre el CIAT (ahora Alianza de Bioversity International y el CIAT) y el Laboratorio Computer Vision de la Universidad de Nottingham.

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