Investigadores han identificado una molécula que aumenta el crecimiento de las plantas y reduce la necesidad por nitrógeno.
Agosto de 2018
Autor: Jeremy Rehm
Traducción: Equipo Editorial INTAGRI
Un gen que mejora la capacidad de las plantas para absorber nitrógeno podría ser utilizado para generar variedades de alto rendimiento de arroz, trigo y otros cultivos básicos que necesiten menor cantidad de fertilizante, informaron investigadores el 15 de agosto en la revista Nature. Esto podría reducir los costos para los agricultores de todo el mundo, y ayudar a limitar el daño ambiental que se produce cuando el nitrógeno escurre desde suelos agrícolas y fuentes de agua agrícolas hacia ríos y océanos.
La investigación se centró en los cultivos mejorados durante la "revolución-verde" en la década de los sesenta, un período en el que los científicos agrícolas aumentaron los rendimientos al generar versiones más pequeñas y resistentes de los cultivos. Los agricultores las utilizaron junto con métodos de irrigación mejorados, pesticidas potentes y fertilizantes eficientes. Lo anterior, permitió que la cosecha mundial de cereales pasara de 741 millones de toneladas en 1961 a 1,620 millones en 1985.
Pero el último estudio muestra que aún existe margen para mejoras, dice Kathryn Barton, una científica en la Institución Carnegie para la Ciencia en Stanford, California. "Si pensabas que estas variedades de la revolución verde ya fueron el final de la línea, estás equivocado, porque hay más cosas que podemos hacer", dice.
Esto es porque los cultivos modernos tienen una debilidad: no pueden absorber nitrógeno tan bien como los cultivos convencionales, por lo que necesitan una gran cantidad de fertilizantes para crecer. Sólo en 2015, los agricultores de todo el mundo utilizaron aproximadamente 104 millones de toneladas de fertilizante nitrogenados.
Esta práctica es costosa para los agricultores y perjudicial para el medio ambiente, dice el coautor del estudio Xiangdong Fu, genetista vegetal del Instituto de Genética y Biología del Desarrollo de la Academia China de Ciencias en Beijing. Cuando la escorrentía rica en nitrógeno proveniente de los campos de cultivo llega a los ríos, lagos y océanos, puede generar y alimentar grandes floraciones de algas que consumen oxígeno y asfixian a los organismos acuáticos. "Es por eso que necesitamos buscar nuevas variedades, que puedan producir altos rendimientos pero con menos fertilizante", dice Fu
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Figura 1. La revolución verde de la década de los 60´s permitió incrementar los rendimientos por el mejoramiento de los cultivos y el uso de métodos de riego mejorados, pesticidas potentes y fertilizantes eficientes. Fuente: Intagri, 2018. |
Para hacer eso, él y sus colegas examinaron el papel de las moléculas llamadas proteínas DELLA, que habían sido identificadas como la causa de la pobre absorción del nitrógeno y tamaño pequeño de las plantas de la revolución verde. En los cultivos convencionales, estas proteínas son destruidas por hormonas que estimulan el crecimiento de las plantas. Pero las proteínas DELLA se incrementan en cultivos de la revolución-verde porque las plantas son inmunes a la influencia de las hormonas, o producen menos de ellas
Proteína vs proteína
Fu y sus colegas querían encontrar una forma de combatir la acumulación de proteínas DELLA. Comenzaron su búsqueda comparando el ADN de 36 variedades de arroz enano y observando la capacidad de las variedades para absorber nitrógeno. Los científicos identificaron dos genes que controlan el consumo de nitrógeno: uno que codifica las proteínas DELLA y otro que codifica una proteína llamada factor 4 regulador del crecimiento (GRF4), el cual se pensó que sólo aumentaba el tamaño y el rendimiento del grano. El equipo de Fu descubrió que GRF4 contrarresta los efectos de las proteínas DELLA por estimular a las plantas a absorber y metabolizar nitrógeno y carbono para favorecer el crecimiento.
Luego, los investigadores generaron plantas de arroz para producir una mayor concentración de la proteína GRF4. El resultado fueron plantas cortas con altos rendimientos que requerían menos nitrógeno que las variedades convencionales de la revolución verde.
La estrategia es prometedora, dice Jennifer Volk, especialista en calidad ambiental de la Universidad de Delaware en Dover. Los agricultores usan varios métodos para disminuir los daños ambientales causados por el exceso de nitrógeno y otros nutrientes, como la construcción de humedales cuyas plantas acuáticas filtran el exceso de nitrógeno y fósforo del agua antes de que drene a arroyos y ríos, dice. “Avanzar al siguiente paso (hacer que el cultivo sea más eficaz y eficiente para tomar esos nutrientes) haría que ese sistema mejore aún más”, menciona Volk.
Pero Anna Michalak, una ingeniera ambiental en la Institución Carnegie que ha estudiado el vínculo entre el cambio climático y el escurrimiento de nutrientes hacia los sistemas de agua, es más cautelosa sobre las implicaciones de los hallazgos del estudio. “Cuando algo parece una situación de ganar-ganar, inmediatamente pienso que hay algo en lo que no hemos pensado”, dice. “Nunca somos lo suficientemente inteligentes como para anticipar lo que sucederá”.
Sin embargo, Fu y sus colegas están preparando una patente y ya han comenzado programas de mejoramiento genético de cultivos agrícolas en China. Fu anticipa que otras partes del mundo podrían ver estos nuevos cultivos mejorados en cinco años.
doi: 10.1038/d41586-018-05980-7
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Figura 2. A la izquierda dos plantas normales de arroz recién germinadas, a la derecha, dos mutantes que carecen de proteínas DELLA. Fuente: Mulet, 2017 |
Cita correcta de este artículo
INTAGRI. 2018. Cultivos de la “Revolución-Verde” Mejorados para Reducir el Uso de Fertilizantes. Serie Noticias, Núm. 55. Artículos Técnicos de INTAGRI. México. 3 p.
Fuentes Consultadas
-Li, S.; Tian, Y.; Wu, K.; Ye, Y.; Yu, J.; Zhang, J.; Liu, Q.; Hu, M.; Li, H.; Tong, Y.; Harberd, N. P.; Fu, X. 2018. Modulating Plant Growth–Metabolism Coordination for Sustainable Agriculture. Nature. https://doi.org/10.1038/s41586-018-0415-5
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