Javeriano investiga estrés vegetal por aluminio en plantas de arroz con apoyo del Instituto de Investigación en Ciencias Ómicas

Chrystian Camilo Sosa, biólogo de profesión y estudiante del Doctorado en Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Javeriana Cali, está estudiando el estrés vegetal que experimentan las plantas de arroz al crecer en suelos ácidos, con pH menor a 5.5, comunes en regiones tropicales y subtropicales como la nuestra, que pueden limitar la disponibilidad de nutrientes esenciales como el fósforo, calcio o magnesio y aumentar la toxicidad de elementos como el aluminio (Al³⁺). Nuestro javeriano se interesó en entender cómo reaccionan los organismos vivos a situaciones de cambio, específicamente en arroz (Oryza sativa), uno de los cultivos más importantes del mundo, según estudios, para América Latina y Asia (Fisberg et al., 2021).

En nuestro país se registra un consumo semanal promedio de 5,7 libras por hogar de este cereal (Fedearroz, 2021), donde se siembran más de 591 mil hectáreas de arroz de riego y se producen 3,2 millones de toneladas al año (Fedearroz, 2024). Son cifras que demuestran cómo esta planta posibilita la seguridad alimentaria de una población humana en crecimiento. Sin embargo, el arroz está enfrentando grandes retos, y fue justamente esto lo que despertó el interés de Chrystian, quien aplicó a la convocatoria lanzada por el Instituto de Investigación en Ciencias Ómicas, financiada por Colombia Científica, que busca desarrollar e implementar estrategias científico-tecnológicas para mejorar la sostenibilidad agrícola nacional. 

Así fue como emprendió su camino doctoral de la mano de los profesores Mauricio Alberto Quimbaya y Diana Carolina Clavijo Buriticá, miembros del Grupo de Investigación iÓmicas de la Javeriana Cali, y de Víctor Hugo García Merchán, profesor y supervisor externo de la Universidad del Quindío. Todos unieron esfuerzos para analizar el panorama que estaban enfrentando las plantaciones de arroz en Colombia, que venían siendo afectadas con altas concentraciones de aluminio (Al) en suelos ácidos, agravado por el cambio climático. Este último fue el foco de estudio de toda la investigación, pues el equipo buscaba comprender los efectos que podía tener el aluminio en el crecimiento de las plantas de arroz. 

“El  estrés  causado por Al³⁺, bloquea el crecimiento radicular, lo cual conduce a un efecto dominó en la absorción de agua y nutrientes, la síntesis hormonal y la lignificación de las raíces como defensa en lugar de crecimiento, todo esto deriva en una caída significativa del rendimiento de la cosecha y representa un desafío biotecnológico y agronómico importante, pues para enfrentar el problema es necesario entender una red de señales y adaptaciones metabólicas de la planta, muy complejas, que modelamos computacionalmente” asegura Chrystian. 

Perspectiva clásica: visión parcial

De esta manera nace la pregunta que le da norte a toda la investigación: ¿qué mecanismos funcionales, proteínas implicadas y adaptaciones metabólicas explican la tolerancia del arroz al estrés por aluminio?

Con la meta clara de descubrir cómo se adapta la planta de arroz al estrés que le genera las altas concentraciones de aluminio en el suelo, esta tesis doctoral propuso una investigación dividida en tres grandes etapas. La primera se llamó genómica comparativa funcional, que, en palabras sencillas, consistió en comparar cómo reacciona una planta modelo, en este caso Arabidopsis thaliana y la planta estudiada, Oryza sativa, frente al aluminio, para identificar qué procesos biológicos asociados a los genes de respuesta se activan en ese proceso de estrés. Así, Chrystian pudo identificar qué hace única la respuesta del arroz. 

Luego, vino la segunda etapa: predicción de proteínas mediante aprendizaje automático. Aquí usaron inteligencia artificial para analizar los datos anteriores y tratar de descubrir nuevas proteínas que podrían estar ayudando a la planta a defenderse del aluminio. Y finalmente, en la tercera fase, llamada modelación multiescala, se creó una especie de mapa o diagrama que muestra paso a paso qué ocurre dentro de las raíces del arroz cuando absorben aluminio hasta que se genera una respuesta fisiológica. Es decir, cómo cambia su metabolismo y qué procesos internos se activan o se alteran por la presencia de este metal. 

Una crítica frecuente que se le hace a la investigación en ciencias básicas es que muchas veces se queda en el plano teórico, menciona Chrystian, sin mostrar cómo podría aplicarse el conocimiento generado. “Entonces, como principal aporte de este trabajo doctoral dejamos herramientas bioinformáticas para realizar análisis comparativos funcionales, y predicción de nuevas proteínas, que requiera posteriormente en arroz u otras especies la comunidad académica. Además, con la nueva información que obtuvimos sobre cómo se modula el metabolismo del arroz en respuesta al aluminio, se pueden optimizar los programas de mejoramiento genético. Esta información permite identificar posibles genes que podrían ser útiles para hacer modificaciones genéticas y que, a su vez, puede ayudar a los tomadores de decisiones a implementar estrategias integradoras y basadas en biología de sistemas, enfocadas en los distintos mecanismos de tolerancia que se activan en el arroz bajo condiciones de estrés por aluminio”. 

Este proyecto doctoral reafirma el compromiso de la Pontificia Universidad Javeriana de construir un mundo mejor, a través de la creación e implementación de soluciones novedosas para los desafíos ambientales y sociales que enfrentamos hoy, pues en la investigación se evidenció que Colombia está experimentando una desaceleración en su capacidad de producción de arroz debido a la acidificación de sus suelos. Por lo cual, Chrystian aportó un granito de arena al conocimiento científico que permitirá, en el futuro, desarrollar variedades de arroz más resistentes, con menores costos y pérdidas para nuestros productores nacionales.  

Por otro lado, una fuente de motivación durante todo el proceso de doctorado fue el impacto social que podría tener su investigación: “Colombia es uno de los países más desiguales del mundo, con una gran cantidad de población que vive por debajo de la línea de pobreza, es decir, con ingresos de uno a cinco dólares diarios. Entonces, llegar al punto en el que yo, como científico, pueda contribuir a mejorar las condiciones de vida de la población, a través de la búsqueda de respuestas sobre cómo el aluminio está afectando un alimento tan importante como el arroz, me genera una satisfacción personal y profesional gigante”, indica Chrystian.  

 

 

Hoy, nuestro javeriano no solo celebra un logro académico, sino también una profunda transformación personal que da aún más sentido a su investigación. Además, su experiencia también habla de resiliencia personal, ya que, durante el proceso vivió uno de los momentos más retadores de su vida con la pérdida de su madre, situación que lo llevó a pensar en abandonar el doctorado. “Pero fue gracias al apoyo de mis profesores, mi familia y compañeros del programa que encontré la fuerza para continuar. Terminar mi doctorado no fue solo una meta académica, fue también una forma de resignificar el duelo y honrar a mi mamá. 

"¿Qué hubiera querido ella?", me pregunté muchas veces”, menciona, “su respuesta siempre me motivaba a seguir adelante”.