El fertilizante nitrogenado está hecho de gas natural. Extraer y quemar gas natural está dañando la vida en nuestro planeta, por lo que probablemente deberíamos dejar de hacerlo (o al menos intentar reducirlo considerablemente). Pero los cultivos alimentarios, como todas las plantas, necesitan ese nitrógeno. Es todo un enigma, especialmente porque la población humana que depende de esos cultivos está programada para crecer en las próximas décadas, mientras que la superficie de tierra cultivable está programada para disminuir.
En respuesta, los ingenieros genéticos en China han estado desarrollando cultivos que pueden prosperar con menos nitrógeno, e hicieron una variedad de arroz con un rendimiento de 40 a 70 por ciento más alto que el del arroz normal. Tiene más grano por rama, cada partícula de grano es más grande y más densa, y las plantas florecieron antes. La mayoría de los métodos de mejoramiento que se utilizan actualmente en los cultivos de cereales solo pueden generar un aumento de rendimiento de menos del 1 por ciento, por lo que este es un gran problema.
Un gen altera muchos
Los científicos comenzaron observando proteínas llamadas factores de transcripción, que a menudo controlan la expresión de un conjunto de genes que a menudo están involucrados en diversos aspectos de una sola función fisiológica. En este caso, la atención se centró en los factores de transcripción que ya se sabía que regulaban la fotosíntesis.
Para encontrar el objetivo perfecto, los investigadores examinaron un conjunto de 118 factores de transcripción previamente identificados para regular la fotosíntesis en el arroz y el maíz para encontrar cualquiera que también estuviera regulado al alza en respuesta a la luz y los bajos niveles de nitrógeno. Cuando encontraron uno, generaron líneas de arroz transgénico que producían mucho. Sobreexpresar un factor de transcripción como este en lugar de los genes individuales que controla es como exigir hablar con el gerente en lugar de ser rebotado entre una variedad de representantes de servicio al cliente en diferentes departamentos.
Las plantas de arroz resultantes se colocaron en campos con diferentes condiciones ambientales: campos templados cerca de Beijing, campos tropicales en la provincia de Hainan y campos subtropicales en la provincia de Zhejiang.
En el transcurso de tres años, todas las plantas de arroz exhibieron una mayor capacidad fotosintética y una mayor eficiencia en el uso del nitrógeno. Tenían más clorofila y más cloroplastos y más grandes que el arroz de tipo salvaje. También tenían una absorción de nitrógeno más eficiente en sus raíces que el arroz de tipo salvaje, y tenían un transporte más eficiente de ese nitrógeno desde las raíces hasta los brotes que el arroz de tipo salvaje. Esto elevó su rendimiento de grano, incluso cuando las plantas se cultivaron con menos fertilizante nitrogenado.
Se realizaron otros experimentos con las plantas transgénicas cultivadas hidropónicamente y en arrozales, y lo hicieron igualmente bien. Sobreexpresar el mismo factor de transcripción en una cepa de arroz más elegante (Japónica, a diferencia de la Oryza sativa plebeya que se utilizó en la mayor parte de los otros experimentos), así como en trigo y Arabidopsis (el organismo modelo más utilizado en biología vegetal) tuvo efectos similares en esas plantas importantes.
Efectos aguas abajo
Este factor de transcripción regula al alza la actividad de 345 genes, la mayoría de los cuales se sabe que responden al estrés por sal, sequía y frío. Cuando los científicos sobreexpresaron uno de estos genes, uno involucrado en la floración temprana, las plantas florecieron antes, pero quedaron enanas y exhibieron rendimientos de grano reducidos. Esto probablemente se deba a que el rasgo de floración temprana aislado del mayor uso de carbono y nitrógeno conferido por el factor de transcripción no permitió que las plantas acumularan suficientes recursos en su tiempo de crecimiento más corto.
Los autores sugieren que la edición del genoma podría usarse en lugar de las técnicas transgénicas en las que se basaron para sobreexpresar este factor de transcripción en otros cultivos para que ellos también puedan lograr un mayor rendimiento. Dichos cultivares podrían ser útiles en los casos en que las temporadas de crecimiento y el espacio del campo pueden verse limitados y el fertilizante nitrogenado puede escasear, ya sabes, en escenarios raros como incendios forestales, inundaciones y sequías. y guerra
Ciencia, 2022. DOI: 10.1126/science.abi8455