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Edición genética para aumentar la fijación de nitrógeno de la soja: doble producción y menos contaminación

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Jianxin Ma, profesor de agronomía en la Universidad de Purdue, sostiene las hojas de una planta de soja. Detrás de Ma, de izquierda a derecha, están los estudiantes Weidong Wang, Chance Clark y Dominic Provancal. Ma está trabajando para mejorar las plantas de soja como parte de la iniciativa de ciencias vegetales Next Moves de Purdue. (Foto de Tom Campbell)

Los investigadores de ciencias vegetales de la Universidad de Purdue, con el apoyo de edición genética con CRISPR, desarrollaron nuevos cultivares de soja que duplican la forma en que las plantas usan la fijación biológica de nitrógeno, extrayendo nitrógeno del aire y aumentando los niveles de nitrógeno del suelo para el siguiente cultivo en rotación.

Purdue University / 11 de octubre, 2021.- En lugar de depender únicamente del nitrógeno del suelo, la soja y muchas otras legumbres pueden extraer nitrógeno del aire para su crecimiento, un proceso natural que es respetuoso con el medio ambiente y que también aumenta los niveles de nitrógeno del suelo para el próximo cultivo en rotación.

La investigación en ciencias de las plantas en la Universidad de Purdue, EE.UU., ha encontrado una forma potencial de duplicar el uso del proceso por parte de las plantas de soja, llamado fijación biológica de nitrógeno.

«Estamos trabajando para mejorar la eficiencia de la planta en la utilización del nitrógeno atmosférico, de modo que podamos reducir la necesidad de fertilizantes», dice Jianxin Ma, quien dirigió el estudio. «Esto es mejor para el agricultor y mejor para el medio ambiente».

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Cuando los campos se agotan de nitrógeno, se deben agregar grandes dosis de fertilizantes costosos y dañinos para el medio ambiente para mantener los rendimientos, dice Ma, profesor de agronomía en la Facultad de agricultura de la Universidad de Purdue, quien recientemente fue honrado por la Crop Science Society of America.

La soja proporciona una cuarta parte del aceite comestible del mundo y dos tercios de la proteína en la alimentación del ganado, y un cambio beneficioso en la planta podría afectar aproximadamente a más de 121 millones de hectáreas de tierras agrícolas en todo el mundo, dice.

“Este es un ejemplo de cómo se puede utilizar la ciencia para mejorar las plantas y nuestro medio ambiente”, dice Ma. “La investigación genética proporciona un conocimiento importante para el fitomejoramiento, que se ha utilizado para crear nuevos cultivares de plantas durante siglos. Ahora podemos hacer esto más rápido, con mayor precisión y con una comprensión más completa de cómo afectará a la planta y al medio ambiente».

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Ma es parte de Purdue’s Next Moves en ciencias de las plantas y miembro del Centro de Biología Vegetal de Purdue. Su iniciativa de investigación sobre la fijación biológica de nitrógeno fue financiada originalmente por una beca AgSEED de la Facultad de Agricultura y ahora incluye el apoyo de U.S.D.A., United Soybean Board e Indiana Soybean Alliance.

Usando la tecnología de edición de genes CRISPR y otras técnicas moleculares, Ma demostró que la soja tiene genes que suprimen la formación de nódulos de raíces, donde las bacterias del suelo que fijan nitrógeno llamadas rizobios convierten el nitrógeno atmosférico en formas que la planta puede usar. También mostró que algunas pequeñas moléculas de ARN producidas por las bacterias beneficiosas pueden desactivar los genes de la soja, lo que ralentiza la formación de nódulos. Al identificar con precisión los ARN bacterianos y el mecanismo involucrado en el bloqueo del gen «perjudicial» de la soja, descubrió un camino para aumentar la eficiencia de una planta en la formación de nódulos radiculares. La investigación se detalla en un artículo publicado en la revista Science.

Aquí, se muestra la diferencia entre las raíces de soja en las que los genes supresores de nódulos han sido eliminados por la tecnología de edición de genes CRISPR (izquierda) y las raíces no modificadas (derecha). (Foto de Tom Campbell)

Ma tiene varios proyectos que persiguen diferentes caminos para mejorar las plantas, pero todos comienzan con las aportaciones de los agricultores de soja sobre los rasgos que necesitan en una planta. Utiliza equipos y técnicas avanzadas para identificar los genes y las vías genéticas relacionadas con el rasgo y cómo podrían activarse o suprimirse. A lo largo de su trabajo, es consciente de llevar sus hallazgos hasta los campos de los agricultores, nuestros platos y la vida cotidiana.

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“Como genetista de soja, identifico los genes responsables de diferentes rasgos como la arquitectura de la planta, la eficiencia del uso de nutrientes, la composición de la semilla y el rendimiento de grano, la tolerancia a la sequía y la resistencia a las enfermedades”, dice Ma. «En última instancia, los hallazgos fundamentales se traducirán en nuevos cultivares de soja que aborden los grandes desafíos que enfrentamos para alimentar al mundo y proteger el medio ambiente a través de la agricultura sostenible».

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