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24

Mar 2014

Embrapa inviste en caracterización de plantas por imagen

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Hace mucho tiempo, la medicina tiene se valido de imágenes para evaluar la salud de las personas e identificar problemas en el funcionamiento de órganos del cuerpo humano. En estudios de vegetales, en lo en tanto, apenas recientemente los equipamientos que generan imágenes reveladoras del funcionamiento de diversos mecanismos vienen ganando espacio en ámbito mundial, por medio de un conjunto de técnicas conocidas como Fenómica. Ellas tienen sido más utilizadas en ámbito global en programas de mejoramiento altamente tecnológico, especialmente para la descubierta de genes.
En Brasil, investigadores de Embrapa están desarrollando procedimientos propios utilizando tales técnicas para la caracterización de plantas, con énfasis especial en la aplicación en programas de mejoramiento genético. 

Con esa perspectiva, están combinando equipamientos que captan desde imágenes fotográficas hasta imágenes espectroscópicas de los vegetales con poderosos softwares para procesamiento de datos y construcción de figuras tridimensionales.
Para validar la metodología, un proyecto de investigación liderado por Embrapa Agroenergía (Brasília/DF) utilizará esos recursos para evaluar la capacidad de tolerancia a la seca de plantas de maíz obtenidas en programas de mejoramiento de Embrapa Milho e Sorgo (Sete Lagoas/MG). Las análisis serán hechas en esos dos centros de investigación, y también en Embrapa Informática Agropecuaria (Campinas/SP) y en Embrapa Instrumentação (São Carlos/SP). 

El Maíz fue seleccionado como planta-modelo para los primeros trabajos por la grande cantidad de informaciones que Embrapa detiene sobre la especie, lo que facilita la comparación de resultados. “Trabajaremos con un material ya caracterizado en campo para validar la metodología que estamos desarrollando”, contó el investigador de Embrapa Agroenergía Carlos de Sousa, líder del proyecto. La tolerancia a la seca, por su vez, es objeto de estudio por la importancia que el déficit hídrico viene ganando en los últimos años, en función de la intensificación de la seca en varias regiones. Por eso motivo, el proyecto componen el portafolio de investigaciones sobre cambios climáticos de Embrapa. 

Paso a paso – En Sete Lagoas, están concentradas las mediciones de la temperatura de la copa de las plantas, o sea, de los genótipos de maíz en estudio, tanto en condiciones normales cuanto de seca. Eso parámetro indica la influencia del déficit hídrico en el proceso de disipación térmica por medio de la transpiración y, consecuentemente, el desarrollo de la planta. “En general, se a planta estuviera como flujo hídrico bien regulado, la hoja presenta temperatura más baja que la del ambiente”, explica el investigador Reinaldo Gomide, de Embrapa Milho e Sorgo. La camera termográfica utilizada en eso trabajo consigue identificar diferencias de temperatura de 0,1ºC entre las plantas.
En Brasilia, los investigadores usarán imágenes de fluorescencia de clorofila para evaluar cuales genotipos de maíz son más eficientes en la conversión de luz en carbohidratos, bajo condiciones de déficit hídrico. Carlos Sousa observa que, una vez absorbida por las hojas de las plantas, la luz puede seguir tres destinos principales: la fotosíntesis, la generación de calor o la emisión de fluorescencia. 

“Todo tipo de estrese interfiere directa o indirectamente en el proceso fotosintético de la planta, lo que termina afectando todo el sistema metabólico”, resalta el investigador de Embrapa Agroenergía. Acoplada a un conjunto de lámparas que superan las condiciones del más brillante día de sol, la camera utilizada en eso trabajo consigue determinar cuánto de la iluminación la planta es destinada a cada uno de esos fines. “Obviamente las plantas que interesan a nosotros son las que consiguen mantener mayor aprovechamiento de luz para fotosíntesis, mismo en una situación adversa como la seca”, explica Carlos Sousa.
Dos estaciones de trabajo quedarán en Embrapa Instrumentação (São Carlos/SP). 

Una de ellas captará imágenes que servirán para determinar los tenores de pigmentos, tales como clorofilas, carotenos y antocianinas. “Se usted observar dos plantas de maíz cultivadas en régimen de baja disponibilidad del agua, estando una amarillada y otra completamente verde, visualmente es posible saber cuál de ellas toleró mejor la seca; en lo en tanto, se usted está evaluando un universo de mil individuos diferentes, la evaluación percepción visual no y confiable”, explica Carlos Souza. En esto caso la medición de los tenores de pigmentos se torna una importante herramienta para auxiliar en la selección precoz de los individuos más promisores. La segunda estación instalada en São Carlos medirá el tenor del agua en la planta utilizando infrarojo próximo (NIR). “Teóricamente, cuánto más agua una planta consigue absorber y utilizar, mismo bajo una condición de baja disponibilidad hídrica en lo suelo, mayor es la adaptación para convivir con esa restricción imposta por el ambiente”, resume Sousa. 

La quinta frente de trabajo será la captura y procesamiento de imágenes digitales para la reconstrucción de figuras tridimensionales de las plantas, utilizando visión computacional y modelaje. A partir de los modelos construidos en 3D, se puede estimar la altura, la largura, el número de hojas, el ángulo de inserción de las hojas, el área foliar individual y el área proyectada de la parte aérea de las plantas. La grande ventaja de esa técnica es que los científicos consiguen mantener un modelo virtual de la planta en cualquier fase del desarrollo, posibilitando evaluaciones futuras de los parámetros relacionados al crecimiento. El investigador Thiago Santos, de Embrapa Informática Agropecuaria, explica que esa es una forma inteligente de preservar las plantas generadas por los programas modernos de ingeniaría genética.
Antecipación
Reinaldo Gomide, de Embrapa Milho e Sorgo, resalta que las imágenes tridimensionales también permiten identificar señales de estrese antes que conseguiría la percepción humana. La herramienta posibilita, por ejemplo, sobreponer dos imágenes, evidenciando diferencias muy sutiles entre plantas que se desarrollan en condiciones normales y otras con deficiencias hídricas. Con eso, es posible anticipar la selección de los individuos más promisores.
Además de la economía de tiempo, una de las principales ventajas de ese sistema es la preservación de las amuestras. Métodos convencionales exigen la destrucción de las plantas, lo que impide acompañar el desarrollo de ellas. Con la fenómica, es posible no solamente reavaliarlas por medio de las diversas imágenes generadas, pero también continuar analizándolas en la medida que crece. Otros puntos a favor incluyen la precisión de las medidas y la posibilidad de automatización, lo que permite la obtención de un grande número de imágenes en corto intervalo de tiempo. 

La mayor parte de la infra-estructura utilizada en la investigación fue adquirida con recursos de la Agencia Brasileña de Innovación (Finep), destinados al proyecto “Genética reversa y fenotipaje de alta precisión aplicadas a la descubierta de genes/características de importancia para agroenergía”.
 


Fuente: Embrapa Agroenergía – www.embrapa.br/cnpae

Texto traducido del portugués

 


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