Desxifren els mecanismes de les plantes per adaptar-se al canvi climàtic aplicant tècniques d’intel·ligència artificial

Quins són els mecanismes interns que permeten a les plantes sobreviure a condicions ambientals adverses? Per respondre aquesta pregunta, un equip de recerca internacional liderat per la Universitat Politècnica de Catalunya - BarcelonaTech (UPC) ha aplicat la intel·ligència artificial (IA), més concretament, machine learning, per fer un estudi de les respostes a l'estrès de manera multifactorial. La recerca, publicada a la revista Nature Communications, ha permès comprendre la resiliència vegetal a fenòmens com la sequera, les temperatures extremes i altres condicions ambientals adverses causades pel canvi climàtic.

L'estudi està liderat per Raul Sánchez Muñoz, investigador postdoctoral Beatriu de Pinós al Departament d'Enginyeria Agroalimentària i Biotecnologia de la UPC, i el professor Isiah Zaplana Agut, del Departament d'Enginyeria de Sistemes, Automàtica i Informàtica Industrial de la Universitat, en col·laboració amb altres investigadors de la Ghent University, a Bèlgica, i la Masaryk University, a la República Txeca.

Més de 500 transcriptomes estudiats
La innovació de la recerca rau en el fet que, per primera vegada, s’ha combinat una metaanàlisi exhaustiva amb un algoritme d'aprenentatge automàtic no supervisat (unsupervised machine learning) per analitzar més de 500 transcriptomes –els conjunts de totes les molècules d’ARN presents a les cèl·lules- de la planta model arabidopsis thaliana sotmesa a diferents condicions d’estrès.

Aquesta anàlisi massiva i intel·ligent ha permès identificar un ‘nucli de gens de l'estrès’: un conjunt de gens clau implicats en la tolerància de les plantes a deu condicions ambientals adverses simultànies, no només individuals. Un element destacat que ha trobat l’equip de recerca és el paper regulador de l'etilè, que actua com a factor crític en aquesta resiliència.

L’etilè és una hormona vegetal que està present en totes les etapes de desenvolupament de les plantes, des de la germinació fins a la maduració del fruit. Ara, aquesta recerca demostra que també exerceix un rol central com a integrador de la resposta davant múltiples estrès simultanis: coordina i modula l’activació dels gens clau que sostenen aquesta capacitat de resiliència.

Tal com explica l’investigador Raul Sánchez, “la identificació d’aquesta xarxa gènica i del paper de l’etilè obre la porta al disseny d’estratègies holístiques més eficients per al desenvolupament de noves varietats vegetals més adaptades al canvi climàtic, tant amb enginyeria genètica com amb programes de millora convencional”.

L’investigador Isiah Zaplana destaca que “comprendre com les plantes adapten la seva fisiologia per superar condicions d'estrès severes i sovint multifactorials a la natura és vital en l’actual context de crisi climàtica".

Garantir cultius supervivents
Aquesta identificació de gens, que ha estat validada biològicament per l'equip, obre una nova via per a la biotecnologia agrícola. Els gens identificats són potencials targets biotecnològics per al disseny i desenvolupament de nous cultius millor preparats per suportar condicions de sequera, temperatures extremes i altres condicions ambientals adverses causades pel canvi climàtic. D’aquesta manera, s’estableix un marc sòlid per a l'avanç d’una agricultura més resilient i sostenible.