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Crean plantas genéticamente modificadas con mejor rendimiento bajo el estrés del calentamiento global

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En la carrera contra el hambre en el mundo, nos estamos quedando sin tiempo. En 2050, la población mundial habrá crecido y urbanizado tanto que vamos a necesitar producir 87% más de los cuatro cultivos alimentarios básicos (arroz, trigo, soja y maíz) en relación a su producción actual.

Al mismo tiempo, se prevé que el clima cambiará en los próximos 30 años, con temperaturas más cálidas y más dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera. Las plantas de cultivo pueden adaptarse al cambio a través de la evolución, pero a un ritmo mucho más lento que los cambios que estamos causando en la atmósfera. Por otra parte, es muy poco probable que la tierra disponible para la siembra de cultivos se expanda para acomodar el aumento previsto de la demanda. De hecho, las tierras aptas para la producción de cultivos alimentarios se están perdiendo a una escala global.

“Tenemos que empezar a aumentar la producción ahora, más rápido que nunca. Cualquier innovación que tomemos hoy no estará lista para entrar en los campos de cultivo durante al menos 20 años, porque vamos a necesitar tiempo para las pruebas, desarrollo de productos, y la aprobación por las agencias gubernamentales. Sobre esa base, 2050 no está tan lejos. Por eso decimos que estamos a un ciclo (de mejoramiento de cultivos) de distancia del hambre”, dice Stephen P. Long, científico de cultivos la Universidad de Illinois.

Los investigadores de la Universidad de Illinois, junto con su gran equipo multidisciplinario, dicen que una solución está en la modificación (mediante ingeniería genética) de los mecanismos fotosintéticos para aprovechar el aumento previsto de la temperatura y el CO2, y así lograr un rendimiento mucho mayor en la misma cantidad de tierra.

“La tasa de fotosíntesis de cultivos como la soja y el arroz está determinada por dos factores,” explica Long. “Una de ellas es la enzima que atrapa el CO2: le llamamos Rubisco. Bajo menores niveles atmosféricos de CO2 y a altas temperaturas, la rubisco puede cometer un error y utilizar el oxígeno en lugar de CO2. Cuando utiliza el oxígeno, lo que realmente termina liberando es CO2 a la atmósfera.”

C02

Con niveles más altos de CO2, como los proyectados para futuros climas, la rubisco se vuelve mucho más eficiente y aumenta las tasas de fotosíntesis de forma natural, ya que hace menos errores. El carbono fijado por la rubisco se convierte en hidratos de carbono que la planta puede utilizar como fuente de energía para la producción de granos, frutas y estructuras vegetativas.

Sin embargo, se prevé que el aumento de temperatura acompañara el aumento de CO2. Por desgracia, el aumento de la eficiencia de rubisco bajo altos niveles CO2 comienza a disminuir en climas cálidos. Es por eso que los socios del proyecto están buscando mejorar la enzima rubisco de modo que funcione eficientemente, tanto en condiciones de alta temperatura y alto nivel de CO2.

“Nuestros socios están buscando en una amplia gama de rubiscos de diferentes organismos para ver si pueden encontrar una que haga menos de estos errores en los climas cálidos,” dice Long.

Pero el equipo no se detiene a mejorar rubisco. Long añade: “El segundo factor que puede limitar la fotosíntesis es la velocidad a la que todo lo demás en la hoja regenera la molécula aceptora de CO2, conocida como RuBP. A medida que tenemos niveles más altos de CO2, en lugar de estar limitados por la rubisco, estamos limitados por esta etapa de regeneración. Estamos investigando formas de manipular la velocidad de regeneración”.

Los investigadores desarrollaron modelos matemáticos que mostraban cómo (mediante la alteración de la forma en que el nitrógeno se divide entre las partes del aparato fotosintético) una mayor cantidad de hidratos de carbono se podrían sintetizar en condiciones de mayor temperatura y CO2 sin que el cultivo requiera más fertilizante de nitrógeno.

A continuación, se tomaron los modelos para una ejecución de prueba en el campo. Usando métodos de ingeniería genética, el equipo trató de acelerar la regeneración de RuBP en plantas de tabaco mientras se les sometió a entornos de alto nivel de CO2. La prueba de concepto funcionó: las tasas de fotosíntesis y el rendimiento aumentó.

El siguiente paso del grupo incluirá pruebas en cultivos de alimentos básicos en ambientes controlados y en ensayos de campo. Long dice que esta potencial solución no estará lista para su despliegue comercial durante muchos años, pero no van a darse por vencido.

“A la vista de los extraordinarios retos por delante, simplemente no podemos darnos el lujo de descartar el uso de cualquier tecnología que sirva para mejorar el rendimiento de los cultivos”, señala.

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