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Modificación genética permitiría producir plantas con más alimento y mejor uso del nitrógeno

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A diferencia de nosotros, las plantas tienen un amplio dominio de sí mismas cuando se trata de elegir la cantidad que comen. Irónicamente, mientras la humanidad lucha con una epidemia de obesidad, los mejoradores de plantas están tratando de hacer que los cultivos coman más.

Cuando ves un campo de trigo en verano, con las espigas de grano moviéndose por el viento, probablemente no te has dado cuenta que son plantas “obesas”. Sin embargo, en comparación con las hierbas silvestres desde las que se domesticaron, las espigas de plantas de cereales modernas son grotescamente “obesas”. Tienen granos más grandes y y en gran cantidad, cargados de vastas reservas de almidón, que exceden lo que realmente necesitan. Este exceso de peso es nuestra comida.

Con un estancamiento de las ganancias del mejoramiento convencional y una población humana en constante expansión para alimentar, la carrera está en marcha para encontrar nuevas formas de persuadir a las plantas a aumentar aún más de peso. Y resulta que una forma eficaz de hacer esto es interferir con los sistemas de señalización que controlan la velocidad a la que las plantas sintetizan su comida.

Los sistemas de control del apetito

Para las plantas, “alimento” significa dióxido de carbono de la atmósfera, el cual se convierte en azúcares mediante la fotosíntesis, y los nitratos en el suelo que se metabolizan para formar aminoácidos. Las plantas luego monitorean la concentración de azúcares y aminoácidos en sus tejidos y crecen más rápidamente cuando “sienten” que la comida está disponible.

Pero esa no es toda la historia. Las plantas también tienen límites programados genéticamente en su crecimiento. Estos límites aseguran que produzcan los tejidos adecuados, del tamaño adecuado, en el momento adecuado. También evitan que la planta trate de crecer cuando se está dañando al hacerlo, por ejemplo, cuando el clima se vuelve malo.

Cuando una planta se topa con sus límites de crecimiento, la comida comienza a acumularse y esto genera una señal de “retroalimentación”, haciendo que la planta rechace los sistemas de producción de alimentos. Efectivamente la planta se da cuenta de que está llena y deja de “comer”.

Pero ¿Y si podemos ajustar los controles? ¿Podríamos hacer a los cultivos aún más “obesos”? Los experimentos con el sistema de control de azúcar sugieren que la respuesta es un sí rotundo.

Un equipo de investigadores de la empresa agroquímica Syngenta y el centro de investigación Rothamsted Research hicieron una sola modificación genética en plantas de maíz para evitar la acumulación de la trehalosa-6-fosfato, un azúcar clave monitoreada por la planta. En esencia, las plantas fueron engañadas para “pensar” que no estaban produciendo suficiente azúcar y, como resultado, aumentaron su producción. Esto, a su vez, parece haber desencadenado el sistema de alimentación ya que las plantas modificadas genéticamente produjeron hasta un 50% más de grano en condiciones de buen riego y superaron a las plantas no modificadas en un 123% en condiciones de sequía.

Hartarse de nitrógeno

Si los mismos cambios pudieran ser diseñados para el sistema de control de nitrógeno, entonces no sólo podríamos conseguir rendimientos aún más altos, sino que también podríamos abordar el problema de la escorrentía agrícola al mismo tiempo. Millones de toneladas de fertilizantes de nitratos se aplican a los campos cada año, pero gran parte no es consumida por los cultivos. Y cuando llueve, el exceso escurre fuera de los campos, contaminando ríos y lagos cercanos.

La dificultad es que, a pesar de décadas de investigación, el sistema de señalización que sustenta el control del apetito de nitrógeno ha permanecido como un misterio.

Hasta ahora. En un estudio publicado recientemente en Plant Cell, un equipo suizo-alemán describió cómo descubrieron parte del sistema que está al acecho en un lugar sorprendente.

Por accidente, se enteraron de que una forma específica de vitamina B6 (conocido como un vitámero) le dice a la planta cuando está llena de nitrógeno. La primera pista fue que el vitámero se acumula en plantas en paralelo con amonio, uno de los productos inmediatos del metabolismo del nitrato. El segundo fue que las plantas con cantidades inusualmente altas del vitámero tenían problemas de crecimiento que podrían ser superados mediante el suministro de amonio.

Aunque no todos los detalles están aún claros, la observación más reveladora fue que la acumulación específica del vitámero B6 llevó al sistema de metabolismo del nitrato a ser apagado – funciona como un sistema de control del apetito.

Desajuste evolutivo

Tal vez la razón principal por la que estamos teniendo que volver a sintonizar la configuración de los sistemas del apetito de las plantas de cultivo es que se ven frenadas por su historia evolutiva. Especies de pastos que fueron domesticadas para formar cultivos de cereales como el maíz, el arroz y el trigo probablemente crecieron en suelos pobres – y las plantas que se han adaptado a este tipo de suelos generalmente tienen estrategias alimentarias conservadoras. Esto significa que ocupan sólo lo que necesitan para crecer y producir semillas para la próxima generación. Así que no es sorprendente que cuando tiramos fertilizantes de nitrógeno a sus descendientes domesticados, estos no se hartan de la fiesta inesperada.

La falta de concordancia entre la historia evolutiva y las condiciones modernas también está detrás de la epidemia de la obesidad humana. Al igual que con los cultivos, la solución podría consistir en ajustar los sistemas del apetito; sólo tenemos que encontrar la manera de ir en la dirección opuesta.

Fuente: https://theconversation.com/scientists-report-breakthrough-in-the-quest-for-obese-plants-54795

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