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Los genes de fijación de nitrógeno podrían ayudar a cultivar más alimentos usando menos recursos

Científicos han transferido una colección de genes a bacterias colonizadoras de plantas,  permitiéndoles extraer nitrógeno del aire y convertirlo en amoníaco, un fertilizante natural. El trabajo podría ayudar a los agricultores de todo el mundo a usar menos fertilizantes sintéticos para producir cultivos alimentarios  importantes como el trigo, el maíz y la soya.

Universidad Estatal de Washington | 15 de enero de 2020.- El grupo de científicos, incluidos dos de la Universidad Estatal de Washington (WSU, por sus siglas en inglés), publicó el estudio “Control de la fijación de nitrógeno en bacterias que se asocian con cereales” a fines del mes pasado en la revista Nature Microbiology.

Hay un creciente interés en reducir la cantidad de fertilizante utilizado en la agricultura porque es costoso, tiene impactos ambientales negativos y requiere mucha energía“, dijo John Peters, director del Instituto de Química Biológica de la WSU y coautor de el estudio. “Existe un gran beneficio en el desarrollo de formas de aumentar las contribuciones de la fijación biológica de nitrógeno para la producción de cultivos en todo el mundo”.

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Como las legumbres obtienen nitrógeno

La investigación del equipo ayuda a compartir un beneficio simbiótico que se encuentra en los cultivos de leguminosas, en el que los agricultores han confiado durante siglos para enriquecer naturalmente el suelo.

Los cultivos de leguminosas, como los garbanzos y las lentejas, requieren significativamente menos fertilizante que otros cultivos, porque han desarrollado una relación simbiótica con las bacterias que crecen dentro de sus tejidos de la raíz. Estas bacterias convierten el gas nitrógeno en amoníaco a través de un proceso llamado fijación biológica de nitrógeno.

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Las bacterias toman nitrógeno del aire y lo convierten en amoníaco para las plantas, que lo utilizan para generar energía. Las plantas a su vez proporcionan carbono y otros nutrientes a los microbios.

Para trabajar simbióticamente, las legumbres y los microbios han evolucionado para liberar señales que cada uno puede entender. Las plantas emiten sustancias químicas que envían señales a las bacterias cuando necesitan nitrógeno fijo. La bacteria produce señales similares para que las plantas sepan cuándo necesitan carbono.

Reducción de fertilizantes

Para desarrollar un método sintético para esta simbiosis entre otras bacterias y cultivos, los científicos trabajaron para determinar los grupos de genes en bacterias que permiten la fijación de nitrógeno, y luego agregar esos grupos de genes a otras bacterias.

“Este es solo un paso, aunque un gran paso, en el camino para descubrir cómo promover la contribución creciente de la fijación biológica de nitrógeno para la producción de cultivos”, dijo Peters.

Peters y la WSU son co-líderes en el proyecto general con su colega Philip Poole en la Universidad de Oxford en el Reino Unido.

La reducción de los requerimientos de fertilizantes podría tener impactos masivos en la disponibilidad de alimentos, el uso de energía y los costos agrícolas en todo el mundo.

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Los fertilizantes son demasiado caros para muchos agricultores de todo el mundo. Sin ellos, muchos alimentos nutricionalmente valiosos no crecerán en muchas áreas debido al suelo pobre en nitrógeno.

Este proyecto tiene como objetivo aumentar la producción de alimentos y ayudar a alimentar al mundo“, dijo Peters. “Transformar la producción de alimentos para que funcione sin fertilizantes a base de nitrógeno podría ser un gran desarrollo en los países subdesarrollados. Agregar estos microbios sería como verter kombucha en las raíces”.

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Desafío complejo

El laboratorio de Peters se especializa en estudiar procesos metabólicos en bacterias, o cómo crean y usan energía. Su laboratorio proporcionó un modelo de cómo funciona la fijación de nitrógeno en diferentes organismos. Luego, sus coautores, biólogos sintéticos del Instituto de Tecnología de Massachusetts, pueden crear los mecanismos que necesitarán los microbios y las plantas.

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“Este es un desafío tan complejo y extendido que realmente se necesita un gran equipo con diversas áreas de experiencia para resolver”, dijo Peters. “Pero si tenemos éxito, la recompensa podría ser enorme para todo el planeta”.

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