Desde los ecosistemas naturales a los campos de cultivo, las plantas se enfrentan un dilema del uso de energía: crecer más y ganarle a sus vecinos para obtener luz, o defenderse de insectos y enfermedades. Pero ¿Y si se pudiera hacer crecer una planta que haga las dos cosas al mismo tiempo?
Un equipo de investigadores de la Universidad del Estado de Michigan (MSU), Estados Unidos, es el primero en lograr esa hazaña, y el avance podría tener implicaciones fructíferas para los agricultores que tratan de aumentar el rendimiento de los cultivos y alimentar a la creciente población del planeta.
«Hemos creado una combinación genética que nadie ha hecho antes», dijo el científico de plantas Gregg Howe, profesor de la Fundación MSU de Bioquímica y Biología Molecular, quién dirigió el estudio. «Obtuvimos un resultado inesperado, y lo obtenido resultó ser bastante interesante. Esta investigación puede abrir nuevas formas de pensar sobre cómo los rasgos valiosos en plantas pueden combinarse de maneras novedosas y útiles».
En un artículo publicado en la edición actual de Nature Communications, Howe, un miembro del Laboratorio de Investigación de Plantas en la MSU, junto a su equipo describen la forma en que fueron capaces de modificar una planta de Arabidopsis (pariente de la mostaza y planta modelo usada regularmente en laboratorio) al «noquear» (o silenciar) un represor de una hormona de defensa y un receptor de luz en la planta. Esta alteración genética le permitió a la planta crecer rápido y defenderse de los insectos, al mismo tiempo.
«Normalmente, las plantas no pueden hacer las dos cosas. En general se cree que las plantas tienen un presupuesto fijo de energía, y dirigen esa energía hacia un proceso a expensas de otros procesos. Hay una compensación», dijo Howe. «Pero en nuestra planta no hay compensación energética. Hemos alterado ese paradigma «.
Las plantas en la naturaleza y la agricultura que están estresadas por la sequía, las enfermedades o insectos, montarán respuestas defensivas, y al mismo tiempo, por lo general dejan de crecer o crecen más lentamente. Del mismo modo, cuando las plantas están sujetas a las condiciones en las que deben crecer rápidamente, tales como la competencia por la luz cuando los vecinos invaden (conocida como respuesta de evitación de sombra) sus defensas se ven comprometidas.
«Este es el concepto de crecimiento-defensa: se promueve la defensa, pero al mismo se reduce el crecimiento», dijo Howe. «Más crecimiento es igual a menos defensa, más defensa es igual a un menor crecimiento. Pero hemos hecho algunos trucos genéticos para obtener una planta que hace ambas cosas».
Las implicaciones de este descubrimiento podrían tener importantes aplicaciones prácticas en la agricultura a medida que la investigación se continúa desarrollando. Si los resultados del estudio pueden ser replicados en plantas de cultivo, el trabajo podría tener beneficios directos para los agricultores tratando de alimentar a una población mundial que se espera llegue a nueve mil millones en el año 2050. De acuerdo con la Fundación Bill y Melinda Gates, la producción de alimentos tendrá que aumentar en un 70% al 100% para alimentar a esa población en crecimiento.
«Pero podemos hacer esto en una planta de cultivo; esto es algo que queremos llevar a cabo,» dijo Howe sobre los próximos pasos en su investigación.
Una forma común para que los agricultores aumenten los rendimientos de los cultivos es aumentar la densidad de sus plantaciones. Esto deja a los cultivos en hileras (como el maíz o la soja) compitiendo entre sí por la luz, y al hacerlo bajan sus defensas dejándolos susceptibles a plagas y enfermedades. Para contrarrestar estos riesgos de producción de cultivos densamente plantados, los agricultores deben aplicar pesticidas.
«Si podemos diseñar mejores plantas de maíz, usted podría sembrarlos y estarían bien defendidas todo el tiempo sin pesticidas – que es una dirección potencial de esta investigación» dijo Howe. «La compensación del crecimiento-defensa que hemos observado no son algo que sólo se encuentra en Arabidopsis, se encuentra en todas las plantas. Las vías de respuesta de la hormona y la luz que hemos modificados están en todos los principales cultivos».
La investigación, financiada en parte por el Departamento de Energía de Estados Unidos, ha revelado una conexión en las plantas entre las funciones desempeñadas por la señalización de defensa y señalización luminosa, procesos que activan los genes en respuesta a las tensiones ambientales. Los resultados reveladores como estos llegaron como una sorpresa incluso para el equipo de investigación.
«Al principio yo era escéptico de la idea de la investigación y pensé que ‘era una locura’. Pero nos corrimos el riesgo y ha demostrado sus frutos», dijo Howe. «Hemos crecido una planta que puede tener su pastel y comérselo también. El hecho de que se puede hacerse es notable».
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