Proteómica y nanomateriales para la agricultura del futuro

Científicos del Departamento de Plásticos en la Agricultura del Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA) utilizan la proteómica para estudiar los efectos de nanomateriales en plantas para diferentes cultivos de interés agronómico.

La proteómica es el estudio de todas las proteínas del sistema en una condición determinada, las cuales van a estar controladas por su genoma.

“Es una herramienta que ha sido muy útil, porque sabemos que ha habido diferentes proyectos de secuenciar genomas completos de plantas como la soya y arroz. Sin embargo, estos genomas no brindan el conocimiento de las funciones e interacciones de los productos que pueden tener estos genes en la expresión de proteínas para que tengan la respuesta fisiológica observada”, explicó la doctora Ileana Vera Reyes, catedrática Conacyt comisionada en el Departamento de Plásticos en la Agricultura.

Esta herramienta ayuda a entender cómo los genes se expresan bajo determinadas circunstancias para llevarnos a la comprensión del proceso. La proteómica puede colaborar en la agricultura para el mejoramiento de ciertos cultivos e incrementar la productividad para la alimentación de la población a nivel mundial.

Actualmente el CIQA desarrolló un proyecto para estudiar los efectos de nanomateriales, como nanopartículas metálicas y derivadas del carbono, para conocer sus efectos fisiológicos y bioquímicos en las plantas y, potencialmente, emplear estos materiales como nanofertilizantes.

Para conocer estos efectos, los especialistas necesitan de varias pruebas para conocer cómo se activa el metabolismo en la planta y poderlos relacionar con aspectos fisiológicos, como mayor crecimiento radicular, una mejor longitud de la planta, un área foliar más extensa, entre otros.

“En esto ocupamos nosotros la proteómica como una herramienta para dar una respuesta a cuáles son los eventos a nivel proteínas involucrados en el modo de acción de estos materiales (…) en diversos procesos celulares que nos ayudan a entender cómo es que está funcionando este tipo de nanomateriales, ya sea como promotores del crecimiento, de germinación o simplemente para encontrar los rangos en los cuales nos van a inhibir el crecimiento y cómo lo están haciendo”, puntualizó la científica Vera Reyes.

La investigadora agregó que los nanomateriales provocan cambios fisiológicos en las plantas deseables y no deseables y, para lograr explicar esto, requieren fundamentos más sólidos.

Subrayó que la proteómica ayudará a ver todas las señales de estos cambios y las proteínas involucradas, ya que estas son más dinámicas que los genes. La expresión del gen se activará dependiendo de las funciones del entorno y el medio ambiente y, en este caso, los especialistas aplicarán un tipo de estrés o elicitador, como los nanomateriales, que causará una respuesta en la planta.

Hasta el momento, los investigadores han trabajado con plantas de importancia agrícola como chile, tomate, calabaza, pepino, frijol, diferentes variedades de chile como morrón y habanero, trigo, cebada, soya, rábano, entre otras.

Estos estudios se desarrollan a diferentes niveles, en condiciones como casa sombra, invernadero de mediana y alta tecnología; además de algunos estudios en particular, se ejecutan en cámaras de crecimiento para tratar de controlar el mayor número de variables posibles.

En cuanto a resultados preliminares, la especialista detalló que, dependiendo de la concentración, el tamaño y la forma del nanomaterial aplicado, generará una respuesta específica de la planta.

“A bajas dosis en un rango de 20 mg/l (miligramos/litro) a cinco mg/l, dependiendo de la especie de planta, hemos visto que hay un incremento en la producción de raíces laterales, incremento de biomasa con algunos de los cultivos y, en muchas de estas, hay mayor velocidad de emergencia de las plántulas cuando las aplicamos a nivel de semilla”, señaló.

Estos resultados también variarán de acuerdo con diferentes estados o momentos en que fueron probados los nanomateriales como su aplicación a nivel semilla, a mitad del crecimiento, forma de aplicación como podría ser una solución nutritiva, asperjada, etcétera.

A futuro, los científicos desean fomentar el desarrollo de una red de agrobionanotecnología, sobre este tema de vanguardia a nivel mundial en la investigación agrícola.