Suelos transparentes para fenotipificación de raíces
El cultivo de plantas para investigación se realiza utilizando medios sólidos que emulen el suelo pero que son demasiado opacos para fines de investigación, además de que ofrecen un control limitado de las características que afectan al desarrollo de raíces. Como alternativa se ha usado hidroponía y aeroponía pero no representan las condiciones de cultivo en campo. Para superar esto, se diseñó un suelo transparente (TS): un medio poroso que permite fenotipificar las raíces in vivo y que consiste en poros interconectados rodeados de esferas de hidrogel con solución nutritiva.
La esferificación consiste en verter por goteo una solución de alignato y goma gelana a una solución de MgCl2 para posteriormente sumergir las esferas en solución nutritiva. Variar las concentraciones de estas soluciones determina la transparencia y la resistencia mecánica de las esferas. El tamaño de las esferas y la porosidad varía de acuerdo al tamaño de las gotas, pero puede ir de 0.05 a 0.5 mm (dimensiones de arcilla y piedra arenisca).
Posteriormente, se cultivó Glycine max en TS, hidroponía y suelo para determinar qué tanto diferían las raíces en cada medio. Las raíces de suelo y TS resultaron similares entre sí en ⅞ variables fenotípicas medidas. Únicamente el diámetro de raíz fue distinto entre TS y suelo, mientras que suelo e hidroponía variaron en 5/8 mediciones. Para determinar si TS provee oxígeno y nutrientes adecuados, se evaluó por qPCR la expresión de cinco genes asociados a estrés (deficiencia de N, deficiencia de P, Fe y Zn, asociado a sequía e hipoxia) y de tres genes asociados al desarrollo de raíces laterales y a puntas de raíces. El gen nsHB asociado a hipoxia resultó sobreexpresado en hidroponía y subexpresado en TS. El gen para proteína Ran (respuesta a estrés) también se sobreexpresó en hidroponía, probablemente debido a la estructura de las raíces, ya que este gen se expresa en raíces laterales y éstas se encuentran en mayor número en hidroponía.
Aunado a estos resultados, la obtención de imágenes no requiere equipo especializado pero permite el uso de microscopía confocal y de fluorescencia, haciéndolo preferible al uso de tomografías computarizadas (método actual para fenotipificar raíces), el cual implica costos elevados, el transporte de las plantas al equipo, volúmenes de cultivo de ~8cm diámetro y la obtención de imágenes de calidad como función de la heterogeneidad y humedad del suelo. Por otro lado, a diferencia de las limitantes que presenta la hidroponía, el uso de TS permite crear distintos medio heterogéneos e incluso evaluar cambios químicos, como cambios en el pH añadiendo indicadores de pH.
Las limitantes principales de TS son el rango del tamaño de las esferas y las dificultades para escalar su producción pero aún así se concluye que el uso de TS permite emular las condiciones de cultivo en suelo y al mismo tiempo fenotipificar raíces.
Referencia: Lin Ma, L., Yichao, S., Siemianowski, O., Yuan, B., Egner, T., Mirnezami, S., Lind, K., Ganapathysubramanian, B., Venditti, V., Cademartiri, L. (2019) Hydrogel-based transparent soils for root phenotyping in vivo. PNAS. 116 (22) 11063-11068.
