Cereales editados genéticamente que necesitan menos fertilizantes potenciando un mecanismo natural

 

Eduardo Blumwald, a la derecha, del Departamento de Ciencias Vegetales de la UC Davis, con el investigador postdoctoral Akhilesh Yadav, y el arroz que ellos y otros miembros del equipo de Blumwald editaron para utilizar el nitrógeno de forma más eficiente. (Trina Kleist/UC Davis)

Investigadores de UC Davis desarrollaron una forma para que los cultivos de cereales secreten más sustancias químicas naturales que atraen bacterias fijadoras de nitrógeno en sus raíces. Esta aplicación realizada con edición genética permitiría reducir la aplicación de fertilizantes, reducir la contaminación ambiental por nitrógeno y ahorrar miles de millones a los agricultores.

UC Davis / 5 de agosto, 2022.- Investigadores de la Universidad de California, en Davis, han encontrado una forma de reducir la cantidad de fertilizantes nitrogenados necesarios para cultivar cereales. El descubrimiento podría ahorrar a los agricultores de Estados Unidos miles de millones de dólares anuales en costes de fertilizantes, y al mismo tiempo beneficiaría al medio ambiente.

La investigación procede del laboratorio de Eduardo Blumwald, distinguido profesor de ciencias vegetales de la UC Davis, que ha encontrado una nueva vía para que los cereales capten el nitrógeno que necesitan para crecer.

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El descubrimiento también podría ayudar al medio ambiente al reducir la contaminación por nitrógeno, que puede provocar la contaminación de los recursos hídricos, el aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero y problemas de salud humana. El estudio se ha publicado en la revista Plant Biotechnology.

El nitrógeno es fundamental para el crecimiento de las plantas, y las explotaciones agrícolas dependen de los fertilizantes químicos para aumentar la productividad. Pero gran parte de lo que se aplica se pierde, filtrándose a los suelos y a las aguas subterráneas. La investigación de Blumwald podría crear una alternativa sostenible.

«Los fertilizantes nitrogenados son muy, muy caros», afirma Blumwald. «Todo lo que se pueda hacer para eliminar ese coste es importante. El problema es el dinero por un lado, pero también están los efectos nocivos del nitrógeno en el medio ambiente.»

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Un nuevo camino hacia el fertilizante natural

La investigación de Blumwald se centra en aumentar la conversión del gas nitrógeno del aire en amonio por parte de las bacterias del suelo, un proceso conocido como fijación del nitrógeno.

Leguminosas como el maní y la soja tienen nódulos en las raíces que pueden utilizar bacterias fijadoras de nitrógeno para proporcionar amonio a las plantas. Las plantas de cereal, como el arroz y el trigo, no tienen esa capacidad y deben depender de la ingesta de nitrógeno inorgánico, como el amoníaco y el nitrato, procedente de los fertilizantes del suelo.

«Si una planta puede producir sustancias químicas que hacen que las bacterias del suelo fijen el gas nitrógeno atmosférico, podríamos modificar las plantas para que produzcan más de estas sustancias químicas», dijo Blumwald. «Estas sustancias químicas inducirán la fijación del nitrógeno por parte de las bacterias del suelo y las plantas utilizarán el amonio formado, reduciendo la cantidad de fertilizante utilizada».

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El equipo de Blumwald utilizó el screening químico y la genómica para identificar en las plantas de arroz los compuestos que potenciaban la actividad fijadora de nitrógeno de las bacterias.

A continuación, identificaron las vías que generaban las sustancias químicas y utilizaron la tecnología de edición de genes para aumentar la producción de compuestos que estimulaban la formación de biopelículas. Esas biopelículas contienen bacterias que mejoran la conversión del nitrógeno. Como resultado, la actividad fijadora de nitrógeno de las bacterias aumentó, así como la cantidad de amonio en el suelo para las plantas.

«Las plantas son increíbles fábricas químicas», dijo. «Lo que esto podría hacer es proporcionar una práctica agrícola alternativa sostenible que reduzca el uso de fertilizantes nitrogenados excesivos».

La vía también podría ser utilizada por otras plantas. La Universidad de California ha presentado una solicitud de patente sobre la técnica, que está pendiente.

Dawei Yan, Hiromi Tajima, Howard-Yana Shapiro, Reedmond Fong y Javier Ottaviani, de la UC Davis, han contribuido al trabajo de investigación, al igual que Lauren Cline, de Bayer Crop Science. Ottaviani también es investigador asociado en Mars Edge.

La investigación fue financiada por el Will W. Lester Endowment. Bayer Crop Science está apoyando nuevas investigaciones sobre el tema.

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