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Una nueva forma de cultivar en suelos marginales podría ayudar a alimentar al mundo

Científicos de Stanford descubrieron la capacidad de plantas silvestres para acceder a nutrientes que los cultivos agrícolas no pueden absorber en suelos alcalinos. Ahora, mediante ingeniería genética se plantea traspasar esa característica hacia cultivos agrícolas que tendrían el potencial de abrir más tierras de cultivo para la producción de alimentos de manera sustentable.

Universidad de Stanford / 9 de julio de 2019.- Se espera que la población mundial alcance los 9.7 mil millones en 2050, pero ¿cómo alimentaremos a todas estas personas? Aproximadamente un tercio de las tierras cultivables del mundo sufren de falta de hierro accesible, lo que lo hace inhóspito para cultivos básicos como el maíz y la soya.

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El año pasado, un equipo de investigación de la Universidad de Stanford, dirigido por la profesora asociada de ingeniería química Elizabeth Sattely, descubrió una adaptación genética que permite que una planta resistente prospere en estos suelos marginales. Ahora, su laboratorio ha revelado más sobre los mecanismos genéticos detrás de esta característica de supervivencia. Aunque se necesitan más estudios, Sattely cree que este camino de investigación algún día permitirá a los científicos unir este mecanismo de adaptación en los genomas de los cultivos básicos, abriendo así más tierras de cultivo para la producción de alimentos y conduciendo a una nueva y ambientalmente amigable forma de plantas genéticamente modificadas. “Podemos ser capaces de tomar características desarrolladas a través de la selección natural y moverlas a donde las necesitemos”, dice Sattely.

El laboratorio de Sattely estudia los microbiomas del suelo, la comunidad de bacterias que viven alrededor de las raíces de las plantas para ayudarles a procesar los nutrientes de la misma manera que las bacterias intestinales ayudan a las personas a digerir los alimentos. Su investigación en esta área se centra en una forma de indigestión de la planta: la incapacidad de absorber suficiente hierro, lo que frena el crecimiento de los cultivos y deprime los rendimientos.

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Los científicos han sabido durante mucho tiempo por qué ocurren tales deficiencias de hierro. Muchas regiones áridas del mundo, incluyendo el oeste de los Estados Unidos, tienen suelos alcalinos, y esta alcalinidad actúa como un bloqueo químico que atrapa el hierro en el suelo. Pero después de estudiar este problema durante años, el laboratorio de Sattely descubrió cómo una planta conocida como Arabidopsis thaliana, pariente del brócoli, coliflor y la mostaza, supera esta deficiencia de hierro gracias a la forma en que sus raíces interactúan con los suelos alcalinos. Los investigadores demostraron cómo las raíces de Arabidopsis secretan una molécula de la familia de la cumarina que ejerce una fuerza química que ayuda a tirar el hierro hacia la planta, superando el tirón compensatorio ejercido por la alcalinidad del suelo.

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En sus experimentos más recientes, el laboratorio de Sattely encontró otra manera en que la cumarina puede ayudar a la Arabidopsis a aclimatarse a las condiciones alcalinas: las moléculas de cumarina que segregan las raíces de la planta en el suelo expulsan ciertas bacterias. Dado que las bacterias también necesitan hierro para crecer, los investigadores suponen que la planta está tratando de proteger su acceso a un mineral vital. “Arabidopsis ha desarrollado una vía metabólica que altera químicamente el suelo circundante y el microbioma de su raíz cuando su suministro de hierro es limitado“, dijo Mathias Voges, estudiante graduado en el laboratorio de Sattely que dirigió este nuevo trabajo.

Para estudiar todas estas interacciones químicas, que suelen ocurrir bajo tierra y fuera de la vista, el laboratorio de Sattely desarrolló un proceso experimental basado en hidroponía. Voges cultivó plantas de Arabidopsis en agua que tenía un contenido químico y mineral similar al de los suelos alcalinos. A este entorno, agregó los diversos tipos de bacterias que normalmente componen el microbioma de la raíz de Arabidopsis. En el futuro, los investigadores pueden usar esta plataforma hidropónica para crear diferentes entornos de pseudo-suelo para probar cómo reaccionan las plantas ante otras adversidades; por ejemplo, ¿pueden las plantas sintonizar sus microbiomas para mejorar la absorción de minerales en los suelos sin nitrógeno?

En el corto plazo, el laboratorio de Sattely intentará comprender mejor cómo funciona la adaptación a la cumarina para que eventualmente puedan modificar genéticamente el trigo, maíz u otros cultivos para crecer en suelos alcalinos. Mientras tanto, mientras los investigadores utilizan la técnica hidropónica para descubrir otras adaptaciones de microbioma de raíz, Sattely cree que esto llevará a una segunda generación de ingeniería genética de plantas. En lugar de diseñar características artificiales en plantas, los científicos obtendrán la capacidad de mover rasgos evolucionados naturalmente de una planta a otra.

“Lo que imaginamos es un nuevo tipo de ciencia de cultivos ecológicamente inteligentes”, dijo Sattely.

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