Con biotecnología desarrollan plantas con mejor uso del agua y nutrientes del suelo

Más de 795 millones de personas en la Tierra sufren de desnutrición crónica. Los investigadores esperan que el cambio climático exacerbe el problema, ya que el aumento de las temperaturas y los cambios en las precipitaciones afectan los rendimientos de los cultivos. Una solución es crear nuevas plantas que puedan prosperar en estas condiciones cambiantes.

En esta área trabaja Roberto Gaxiola, biólogo de plantas en la Escuela de Ciencias de la Vida de la Universidad Estatal de Arizona (ASU, por sus siglas en inglés), quien lleva casi dos décadas trabajando con un gen que al sobreexpresarlo en arroz, maíz, lechuga, cebada, tomate, alfalfa y otras plantas, funciona como una píldora mágica y podría ayudar a resolver el problema de la inseguridad alimentaria en el futuro.

El gen con el que Gaxiola trabaja, H + -PPasa, está presente en todas las plantas y bacterias. Él extrae el gen de la planta modelo Arabidopsis thaliana. El gen es muy conservado, lo que significa que es muy similar en todas las plantas.

Las plantas producen azúcar a través de la fotosíntesis, y el gen H+-PPasa es fundamental para cargar azúcar en las tuberías de la planta – o tejido vascular. Estas tuberías distribuyen el azúcar en toda la planta para que pueda crecer. La investigación de Gaxiola ha demostrado que el aumento de la expresión de H+-PPasa hace que las plantas sean más grandes y más fructíferas.

Algo hermoso

Para aumentar la expresión de la H+-PPasa en una planta, Gaxiola lo añade primero a un tipo de bacteria. Luego deja que la bacteria infecte una planta, pero en vez de enfermar la planta, esta bacteria regula a H+-PPasa, lo que significa que las células de la planta comienzan a producir más de este gen. Este es un ejemplo de ingeniería genética. Las plantas transgénicas que resultan tienen sistemas radiculares mucho más robustos, lo que las hace mejores en la absorción de agua y nutrientes.

Las raíces de una planta tienen la capacidad de acidificar el suelo al liberar nutrientes como nitrato, fosfato y potasio. Las raíces devoran esos nutrientes. Sin embargo, la acidificación también libera aluminio y hierro, elementos que pueden dañar la planta si se tarda demasiado.

Cuando los agricultores acidifican el suelo artificialmente, el proceso puede ir mal y las plantas terminan muriendo. Pero cuando las plantas liberan nutrientes por sí solas, también producen ácidos orgánicos que se unen a los elementos dañinos y evitan que intoxiquen la planta.

“Por eso es una cosa hermosa”, dijo Gaxiola. “Las plantas saben lo que están haciendo.”

Desde que descubrió en el año 2000 que la regulación del gen H+-PPasa tiene tantos efectos beneficiosos en Arabidopsis, Gaxiola y sus colegas lo han probado en varios tipos diferentes de plantas. Los resultados son sorprendentes.

Las plantas transgénicas de Gaxiola son tolerantes a sequía y salinidad, crecen más grandes y tienen más rendimiento que las plantas control (no modificadas) que crecen en las mismas condiciones de escasa agua y alta salinidad. Eso significa que los campos con suelo salado que actualmente están estériles podrían ser recuperados para la agricultura.

A medida que crezca la población mundial, tendremos que producir más alimentos. Pero a medida que el cambio climático afecta los patrones climáticos, eso puede llegar a ser más difícil. Gaxiola espera que las plantas transgénicas puedan ser parte de la solución.

“Tenemos que hacer frente a una crisis, alimentando a una sociedad cada día más sana y más longeva, y también alimentar sociedades que ahora tienen un poder económico creciente,” dijo Gaxiola. “Las plantas transgénicas no son una bala mágica, pero son un paso entre muchos de los pasos que ahora tenemos disponibles”.

Roberto Gaxiola modifica las plantas para que crezcan aumentando la presencia de un gen llamado H+-PPasa. Este proceso ha demostrado ser efectivo en arroz, maíz, lechuga, cebada, tomate, alfalfa, entre otros. Aquí se compara las raíces de dos plantas de tomate no modificadas con una planta de tomate transgénica bajo condiciones de suelo con bajo contenido de fósforo.

El futuro de los transgénicos

Sin embargo, hay barreras para que las plantas transgénicas se implementen en la corriente principal. Por ejemplo, Gaxiola intentó traer su lechuga modificada al Valle de Salinas, California, que se conoce como “el Tazón de Ensalada del Mundo”. Los agricultores utilizan fertilizantes que contienen más nitrato de lo que las plantas pueden absorber. El exceso llega al océano, donde interrumpe la pesca. En otras palabras, impulsar una fuente de alimento daña a otra.

Las plantas transgénicas, con su capacidad mejorada para absorber nitrato, resolverían este problema. Pero los agricultores de California no los usarán. ¿Por qué?

“Dijeron, ‘porque es transgénico'”, recordó Gaxiola. “Pensé que podíamos obtener permisos, hacer algunos experimentos y pruebas de campo y verían que este es un gen seguro, no hay alergias, puedes usarlo”. Los agricultores del Valle de Salinas todavía se negaron. Dijeron que su principal comprador no compraría plantas transgénicas.

-¿Quién es el comprador? -preguntó Gaxiola. “McDonald’s” le respondieron.

Este incidente ilustra un debate social más amplio y continuo sobre los organismos genéticamente modificados (OGMs). Algunas personas temen que los OMGs constituyan una amenaza para la salud humana. Gaxiola explica que sus plantas transgénicas son completamente inocuas para los seres humanos porque no está introduciendo genes extraños en los cultivos. La H+-PPasa está presente en todas las plantas. Gaxiola simplemente modifica la planta para que produzca más del producto codificado por el gen.

La comunidad científica en general está de acuerdo en que los OGMs son seguros para comer. Pero hay otras razones por las que los consumidores se oponen a su uso. Una preocupación importante es que los OGMs pueden dañar el medio ambiente. Por ejemplo, se piensa que las plantas diseñadas para tolerar herbicidas podrían aumentar el uso de estos productos [recomendamos leer: ¿Aumentan el uso de pesticidas los cultivos transgénicos?].

Pero el tema no es blanco y negro; Gaxiola señala que los OGMs también pueden ofrecer beneficios ambientales. Por ejemplo, su lechuga transgénica permitiría a los agricultores utilizar menos fertilizantes, lo que daría lugar a menos escurrimiento de nitratos hacia el océano.

Hay otras razones por las que los consumidores también se oponen a los OGMs. La cuestión es compleja, y como con cualquier nueva tecnología, la sociedad debe lidiar con la mejor manera al regular su uso. Algunos países europeos han prohibido todo tipo de cultivos genéticamente modificados, mientras que otros países los utilizan ampliamente.

“Argentina y Brasil están desarrollando sus propios transgénicos, y eso les ha permitido superar las crisis”, dijo Gaxiola. “Estoy seguro de que tan pronto como China abra el camino, todo el mundo va a seguir”.

[Recomendamos leer: “Plantas transgénicas con mejor uso de nitrógeno: Beneficios económicos y ambientales”]

Cuidado con los piratas

Las políticas de OGMs efectivas deben estar guiadas por la investigación. Sin embargo, Eric Welch, director del Centro de Ciencia, Tecnología y Estudios de Políticas Ambientales de ASU, encontró que los científicos enfrentan barreras para obtener los materiales biológicos que necesitan para la investigación.

Para su trabajo, Gaxiola necesita acceso al gen H+-PPasa. Afortunadamente, está fácilmente disponible para cualquier persona que quiera usarlo. Pero otro material genético puede ser más difícil de conseguir. En algunos casos, eso es debido a las regulaciones que disuaden la biopiratería. La biopiratería es el acto de aprovechar los recursos biológicos y el conocimiento nativo sin compensar a las personas o la comunidad de donde se originaron.

Por ejemplo, imagine que usted es un científico que trabaja para una empresa multinacional de semillas. Usted toma vacaciones a un pequeño país en desarrollo en América del Sur. Mientras que estas allí, visitas granjas locales y encuentras cosechas que nunca has visto antes. Los lugareños explican que estas plantas pueden florecer con muy poca agua. Sacas muestras de la planta, las llevas al laboratorio y aislas un gen útil. Su empresa patenta el gen, comercializa una nueva variedad de la planta y hace millones, mientras que los locales que le mostraron la planta no logran ningún centavo.

Las regulaciones de biopiratería buscan prevenir escenarios como este.

“Están ahí por razones de bioseguridad o razones de equidad u otros tipos de acceso común y razones de agrupación”, dijo Welch.

Sin embargo, tales regulaciones también pueden dificultar que los científicos accedan a plántulas germinales, como semillas o tejidos vegetales, que son necesarias para desarrollar nuevas plantas que puedan beneficiar a todos.

En un estudio reciente, Welch encuestó a científicos que usan materiales genéticos en sus investigaciones. Encontró que el 96% ha enfrentado algún tipo de política o regulación de recursos genéticos. Esto puede resultar en retrasos u obstrucciones a su trabajo, lo cual podría tener implicaciones para la seguridad alimentaria futura.

Welch dijo que las regulaciones están en su lugar por una buena razón. Pero necesitan ser implementados cuidadosamente. “Añadir una regulación más, y otra, y otra simplemente crea un lío”, dijo.

Nuestro futuro alimentario depende de producir lo suficiente para alimentar a una población en crecimiento, sosteniendo el medio ambiente y protegiendo los derechos humanos en el proceso. Es un tema multifacético que requiere una política reflexiva basada en pruebas científicas y en aportes informados de los ciudadanos.

Fuente: https://asunow.asu.edu/20170410-discoveries-better-living-and-eating-through-plants-asu-biologist