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Para alimentar al mundo se debe mejorar la fotosíntesis con modificación genética

Al reelaborar y modificar el metabolismo básico de los cultivos, los científicos esperan prevenir la devastadora escasez de alimentos.

Dentro de un agradable invernadero en el centro de Illinois, Estados Unidos un par de investigadores bulliciosos pero enfocados están sembrando plantas experimentales. Los científicos humedecen el suelo y lo ponen en macetas, luego plantan cuidadosamente pequeñas semillas de tabaco de color marrón oscuro. En los meses que siguen, los investigadores moverán las plantas al exterior hacia un campo y observarán si crecen más grandes o más rápido que de costumbre, un paso crucial hacia la alimentación del mundo en 2050.

Estas plantas de tabaco han sido modificadas genéticamente a un nivel más fundamental que los cultivos biotecnológicos típicos. La forma en que llevan a cabo la fotosíntesis ha sido manipulada por lo cual convierten más eficientemente la luz solar y el dióxido de carbono en hidratos de carbono. Si los científicos lo hicieran en cultivos alimentarios, cualquier parcela de tierra podría producir más alimentos o producir la misma cantidad de alimentos con menos agua y fertilizantes.

La necesidad es urgente. Para alimentar a una población creciente, según reportes de las Naciones Unidas, los rendimientos agrícolas mundiales deben aumentar en un 50% entre ahora y 2050. Y esa ambiciosa meta no tiene en cuenta los efectos del cambio climático. Las plantas prosperan en dióxido de carbono, pero los días muy calurosos suprimen los rendimientos de los cultivos. En muchas partes del mundo, el aumento de las temperaturas y el aumento de las sequías causadas por el cambio climático serán devastadores. Y esos efectos negativos “tendrán el mayor impacto en los pobres”, dice Steve Long, director del proyecto “Realizing Increased Photosynthetic Efficiency” (RIPE), un consorcio internacional con sede en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.

El proyecto RIPE, financiado por la Fundación Bill y Melinda Gates, está comenzando con el tabaco, porque es relativamente fácil de modificar genéticamente. Pero el verdadero objetivo de RIPE es mejorar los rendimientos de los cultivos alimentarios como la yuca y el caupí (un tipo de poroto), que son fuentes importantes de calorías y proteínas en muchos países pobres. Y está trabajando en cambios mucho más ambiciosos en el metabolismo de las plantas de los que se han logrado antes.

Las plantas de tabaco modificadas genéticamente en este invernadero se emparejan con bolsas para recoger las semillas que caen, para su uso en futuras pruebas.

Los agrónomos todavía no han empujado la fotosíntesis a sus límites. Eso a pesar de que este proceso bioquímico de 160 pasos está muy bien estudiado, y es sorprendentemente ineficiente: las plantas convierten menos del 5% de la energía de la luz solar en biomasa. Una parte aún más pequeña de eso se invierte en las partes de las plantas que a las personas les gusta comer: semillas, tubérculos, porotos. La agricultura moderna ha mejorado enormemente los rendimientos gracias a los fertilizantes, los pesticidas y el mejoramiento genético tradicional. Ahora nuevas ganancias de rendimiento son más difíciles de conseguir. Es por eso que el grupo RIPE se dirige a la ineficiencia en el metabolismo de las plantas (y otros investigadores están intentando variaciones sobre la misma idea).

El año pasado, los investigadores de RIPE demostraron por primera vez que era posible mejorar los rendimientos de los cultivos en el campo modificando la fotosíntesis. Al aumentar los niveles de expresión de tres genes implicados en el procesamiento de la luz, mejoraron los rendimientos del tabaco en un 20%.

[Recomendado: Científicos aumentan el rendimiento de cultivos modificando genes de la fotosíntesis]

Ahora, el equipo RIPE está tratando de usar el mismo truco de ingeniería genética para aumentar los rendimientos en cultivos alimentarios más recalcitrantes. Hacerlo realidad en la yuca se debe en parte a Amanda De Souza, investigadora postdoctoral de Brasil.

Estas plantas jóvenes de yuca han sido genéticamente modificadas para procesar la luz solar de manera más eficiente.

La ingeniería genética de la fotosíntesis en la yuca es un proceso delicado y largo. De Souza abre una placa de Petri para mostrar embriones de yuca, racimos de color amarillo claro de un milímetro de ancho. Ella los crece usando el tejido arrancado de un capullo en una planta de yuca madura. Este grupo de células, llamado “callo”, puede ser infectado con bacterias modificadas que llevan los genes de procesamiento de luz (y los insertan a la planta). Sólo unas cuantas células realmente tomarán los genes. Aquellas que lo hagan serán expuestas a un cóctel hormonal que los llevará a cultivar un tallo y raíces, formando una nueva planta con los nuevos genes integrados.

En la yuca, esta transformación genética toma de ocho a diez meses, es decir, si todo va bien. Otros cultivos alimentarios clave, como el arroz y el caupí, son un poco más rápidos.

En el pasillo, De Souza abre una habitación similar a un armario, inundada de luz artificial. En estanterías, las plantas jóvenes de yuca están creciendo en frascos de plástico, y sus raíces rodeadas por un gel nutritivo que será recogido a mano antes de que las plantas puedan pasarse al suelo.

Los campos experimentales de RIPE se encuentran a 10 minutos en coche desde los laboratorios. En esta parte del país, las granjas en su mayoría cultivan soja y maíz. Depende de David Drag, gerente de pruebas de campo de RIPE, descubrir cómo el suelo del centro de Illinois puede cultivar cultivos como la yuca y el arroz. Para un proyecto, un colaborador le ayudó a construir un arrozal. Pero en 2015, recuerda tristemente, vio que uno de los proyectos claves de RIPE se ahogaba en una severa tormenta de finales de temporada, a pesar de los esfuerzos del equipo para cavar trincheras y presas. Se perdió un año de trabajo, un humilde recordatorio de que incluso la ciencia agrícola más avanzada está todavía a merced de la naturaleza.

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