Spain
June 13, 2016
Researchers from UPM in collaboration with National Center for Genetic Resources Preservation have developed an innovative methodology to assess the quality of seeds stored by measuring their volatile compounds.
Recently, a group of researchers from Universidad Politécnica de Madrid (UPM) and National Center for Genetic Resources Preservation (USDA, USA) has developed an innovative methodology for early detection of loss of seed quality, which consists on the assessment of volatile compounds emitted by the seeds during their storage. This method will allow researchers to identify seed aging markers with a non-invasive method. This result can be of great interest for seed companies such as gene banks.
Seeds from both cultivated and wild plants can be stored during long periods of time, helping preserve plant biodiversity in the long term. However, seed longevity is not easily predictable because they vary depending on the species and even among the batches of seeds. While some desiccated seeds can survive for decades, others have a very short life.
Lettuce seeds stored for five years. / Sara Mira.
One way or another, seeds inevitably lose quality and the capacity of germination as time passes. This means a huge risk of loss of plant material and waste of resources and efforts devoted in the collection and preservation of seeds in the past. So far, the viable method to assess the seed quality is to prove their viability through germination tests. However, germination tests are expensive and difficult to carry out in some species.
M. Elena González Benito and Sara Mira, two female researchers from PLANGER Germoplasma Vegetal group from UPM, specialized in the study and preservation of plant germplasm, have developed a new technology for early detection of loss of seed quality. Thus, air samples from the airtight containers where seeds are stored were extracted.
Later, the samples were analyzed through gas chromatography in order to identify the compounds released by the seeds during their storage, and finally, the identifying profile of each species was assessed and compared to the quality of the batches of seeds assessed in the germination tests.
Viable arugula seeds after ten years of storage. / Sara Mira.
The assessment of the gas compounds emitted by seeds during their storage provides a unique tool to face questions about mechanisms that causes aging in desiccated biological tissues. Besides, this result can be a suitable non-invasive method for early detection of seed aging. This research study was carried out in collaboration with National Center for Genetic Resources Preservation and was recently published in the Journal of Experimental Botany.
This work is framed in a research line of PLANGER group, assigned to School of Agricultural, Food and Biosystems Engineering at UPM, and aims to understand the mechanisms that cause seed aging. Firstly, the effects of the storage conditions (temperature, humidity and the gas atmosphere) on the loss of seed viability were studied.
Secondly, researchers aim to identify the seed aging markers. According to the two female researchers: “research on biological processes responsible for seed aging is essential to reach our ultimate goal, and this process consists on fully optimizing the storage and preservation of seeds in both seed companies and gen banks, ensuring the maintenance of the collections in the future".
MIRA S., HILL L.M., GONZÁLEZ-BENITO M.E., IBANEZ M. A., WALTERS C. 2016. “Volatile emission in dry seeds as a way to probe chemical reactions during initial asymptomatic deterioration”. Journal of Experimental Botany 67 (6): 1783-1793.
MIRA S., GONZÁLEZ-BENITO M.E., HILL L.M., WALTERS C. 2010. “Characterization of volatile production during storage of lettuce (Lactuca sativa) seed”. Journal of Experimental Botany 61 (14): 3915-3924.
Las semillas emiten gases que indican su envejecimiento
Investigadores de la UPM, en colaboración con el National Center for Genetic Resources Preservation, desarrollan una metodología innovadora para valorar la calidad de semillas almacenadas mediante la medición de compuestos volátiles.
Un grupo de investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y del National Center for Genetic Resources Preservation (USDA, EEUU) han desarrollado una metodología novedosa para la detección precoz de la pérdida de calidad de semillas, que consiste en la evaluación de compuestos gaseosos emitidos por las mismas durante su almacenamiento. Esto permite identificar con un método no invasivo marcadores del envejecimiento de las semillas, lo que puede resultar de gran interés tanto para las empresas de semillas como para los bancos de germoplasma.
Las semillas de muchas plantas, tanto cultivadas como silvestres, pueden almacenarse durante largos periodos de tiempo, permitiendo la conservación de la biodiversidad vegetal a largo plazo. Sin embargo, la longevidad de las semillas no es fácilmente predecible porque varía mucho entre especies e incluso entre lotes de semillas o cultivares. Mientras algunas semillas pueden sobrevivir desecadas durante decenas de años, otras semillas tienen una vida muy corta. De una forma u otra, las semillas inevitablemente pierden calidad y capacidad de germinación con el paso del tiempo. Esto supone un enorme riesgo de pérdida de material vegetal, así como un desperdicio de los recursos y esfuerzos dedicados, en el pasado, a su recolección y conservación. Hasta el momento, en la mayoría de casos el único método viable para evaluar la calidad de semillas es comprobar su viabilidad realizando ensayos de germinación. Pero los ensayos de germinación son costosos, largos, y difíciles en algunas especies.
Semillas de lechuga almacenadas durante 5 años. / Sara Mira.
Así, M. Elena González Benito y Sara Mira, dos investigadoras del grupo PLANGER Germoplasma Vegetal de la UPM especializado en el estudio y la conservación de germoplasma vegetal, se propusieron desarrollar una nueva metodología para la detección precoz de la pérdida de calidad de semillas. Para ello se extrajeron muestras del aire contenido dentro de recipientes herméticos donde se almacenaban semillas. Después, las muestras fueron analizadas mediante cromatografía de gases para identificar los compuestos producidos por las semillas durante el almacenamiento, y finalmente se analizó el perfil identificativo de cada especie y se comparó con la calidad del lote medida en ensayos de germinación.
La evaluación de los compuestos gaseosos emitidos por las semillas durante el almacenamiento provee de una herramienta única para enfrentarse a cuestiones sobre los mecanismos que producen el envejecimiento en tejidos biológicos desecados. Además, presenta un gran potencial para desarrollarse como un método no invasivo de detección precoz de envejecimiento en semillas. Esta investigación se ha llevado a cabo en colaboración con el National Center for Genetic Resources Preservation y ha sido publicado recientemente en la revista Journal of Experimental Botany.
Semillas de rúcula viables tras 10 años de almacenamiento. / Sara Mira.
El trabajo realizado se enmarca en una de las líneas de investigación del grupo PLANGER, adscrito a la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas de la UPM, que persigue conocer los mecanismos que producen el envejecimiento en semillas. Por un lado, se estudia el efecto de las condiciones de almacenado (temperatura, humedad y la atmósfera gaseosa) en la pérdida de viabilidad de las semillas. Por otro lado, se pretende identificar marcadores del envejecimiento en semillas. En opinión de las investigadoras “resulta de vital importancia la investigación de los procesos biológicos responsables del envejecimiento en semillas para alcanzar nuestro objetivo final, que no es otro que optimizar al máximo el almacenamiento y la conservación de semillas, tanto en empresas de semillas como en bancos de germoplasma, y asegurar así el mantenimiento de las colecciones en el futuro”.
MIRA S., HILL L.M., GONZÁLEZ-BENITO M.E., IBANEZ M. A., WALTERS C. 2016. “Volatile emission in dry seeds as a way to probe chemical reactions during initial asymptomatic deterioration”. Journal of Experimental Botany 67 (6): 1783-1793.
MIRA S., GONZÁLEZ-BENITO M.E., HILL L.M., WALTERS C. 2010. “Characterization of volatile production during storage of lettuce (Lactuca sativa) seed”. Journal of Experimental Botany 61 (14): 3915-3924.
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