CIENTÍFICOS DESARROLLAN PLANTAS QUE CONSERVAN AGUA Y TOLERAN LA SEQUÍA MODIFICANDO UN SOLO GEN

La agricultura ya monopoliza el 90% del agua dulce mundial, y la producción aún necesita aumentar dramáticamente para alimentar y alimentar la creciente población de este siglo. En una nueva investigación, científicos han mejorado la forma en que un cultivo usa el agua, logrando un 25% de mayor eficiencia sin comprometer el rendimiento al alterar la expresión de un gen que se encuentra en todas las plantas. El trabajo fue publicado en un reciente estudio en Nature Communications.

La investigación es parte del proyecto de investigación internacional Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE) que cuenta con el apoyo de la Fundación Bill y Melinda Gates, la Fundación para la Investigación de Alimentos y Agricultura y el Departamento para el Desarrollo Internacional del Reino Unido.

“Este es un gran avance”, dijo el Director de RIPE, Stephen Long, Presidente de Ikenberry de Plant Biology and Crop Sciences. “Los rendimientos de los cultivos han mejorado constantemente en los últimos 60 años, pero la cantidad de agua requerida para producir una tonelada de grano permanece sin cambios, lo que llevó a la mayoría a pensar que este factor no se podía cambiar. Demostrar que nuestra teoría funciona en la práctica debería abrir la puerta a mucha más investigación y desarrollo para alcanzar esta meta tan importante para el futuro”.

El equipo internacional aumentó los niveles de una proteína fotosintética (PsbS) para conservar el agua engañando a las plantas para que cierren sus estomas, los poros microscópicos de la hoja que permiten que el agua escape. Los estomas son los guardianes de las plantas: cuando se abren, el dióxido de carbono ingresa a la planta para alimentar la fotosíntesis, pero se permite que el agua escape a través del proceso de transpiración.

“Estas plantas tenían más agua de la que necesitaban, pero ese no siempre será el caso”, dijo la coautora Katarzyna Glowacka, investigadora postdoctoral que dirigió esta investigación en el Instituto Carl R. Woese de Genómica Biológica (IGB). “Cuando el agua es limitada, estas plantas modificadas crecerán más rápido y rendirán más, pagarán menos de una penalización que sus contrapartes no modificadas”.

El equipo mejoró la eficiencia de uso de agua de la planta (la relación entre el dióxido de carbono que ingresa a la planta y el agua que escapa) en un 25% sin sacrificar significativamente la fotosíntesis o el rendimiento en pruebas de campo en el mundo real. La concentración de dióxido de carbono en nuestra atmósfera ha aumentado en un 25% en los últimos 70 años, lo que permite a la planta acumular suficiente dióxido de carbono sin abrir completamente sus estomas. “La evolución no ha seguido el ritmo de este cambio rápido, por lo que los científicos la han ayudado a echándole una mano”, dijo Long, quien también es profesor de ciencias de cultivos en la Universidad de Lancaster.

Cuatro factores pueden provocar que los estomas se abran y cierren: humedad, niveles de dióxido de carbono en la planta, la calidad de la luz y la cantidad de luz. Este estudio es el primer informe de “hackeo” de respuestas estomáticas a la cantidad de luz.

PsbS es una parte clave de una vía de señalización en la planta que transmite información sobre la cantidad de luz. Al aumentar PsbS, la señal dice que no hay suficiente energía para que la planta realice la fotosíntesis, lo que activa el cierre de los estomas ya que no se necesita dióxido de carbono para alimentar la fotosíntesis.

Esta investigación complementa el trabajo anterior, publicado en Science, que mostró que el aumento de PsbS y otras dos proteínas pueden mejorar la fotosíntesis y aumentar la productividad hasta en un 20%. Ahora el equipo planea combinar las ganancias de estos dos estudios para mejorar la producción y el uso del agua al equilibrar la expresión de estas tres proteínas.

Para este estudio, el equipo probó su hipótesis usando tabaco, una planta modelo que es más fácil de modificar y más rápida de evaluar que otros cultivos por su rápido ciclo de crecimiento. Ahora aplicarán sus descubrimientos para mejorar la eficiencia en el uso del agua de los cultivos alimentarios y su eficacia en condiciones de agua limitada.

“Hacer que las plantas de cultivo sean más eficientes en el uso del agua es posiblemente el mayor desafío para los científicos de plantas actuales y futuros”, dijo el coautor Johannes Kromdijk, investigador postdoctoral del IGB. “Nuestros resultados muestran que el aumento de la expresión de PsbS permite que las plantas de cultivo sean más conservadoras con el uso del agua, lo que ayudará a distribuir más recursos hídricos durante la temporada de crecimiento y a mantener la cosecha más productiva durante los periodos de sequía”.