Gran avance: trigo que fabrica su propio fertilizante
Una bacteria podría reducir la contaminación y los agricultores ahorrar miles de millones
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Científicos de la Universidad de California en Davis han desarrollado plantas de trigo que estimulan la producción de su propio fertilizante, abriendo el camino hacia una menor contaminación del aire y el agua en todo el mundo y menores costes para los agricultores.
La tecnología fue desarrollada por un equipo dirigido por Eduardo Blumwald, profesor distinguido del Departamento de Ciencias Vegetales. El equipo utilizó la herramienta de edición genética CRISPR para conseguir que las plantas de trigo produjeran más cantidad de una de sus sustancias químicas naturales. Cuando la planta libera el exceso de sustancia química en el suelo, ésta ayuda a ciertas bacterias del suelo a convertir el nitrógeno del aire en una forma que las plantas cercanas puedan utilizar para crecer. Este proceso de conversión se denomina fijación del nitrógeno. El estudio se publicó en línea en Plant Biotechnology Journal.
En los países en desarrollo, este avance podría suponer una gran ayuda para la seguridad alimentaria.
"En África, la gente no utiliza fertilizantes porque no tiene dinero, y las granjas son pequeñas, de no más de dos o tres hectáreas", explica Blumwald. "Imagínense que plantan cultivos que estimulan a las bacterias del suelo para que creen el fertilizante que necesitan los cultivos, de forma natural. ¡Vaya! Es una gran diferencia".
El avance en el trigo se basa en el trabajo anterior del equipo en el arroz. También se está investigando para extender esta tecnología a otros cereales.
En todo el mundo, el trigo es el segundo cereal por rendimiento y el que más fertilizantes nitrogenados consume, alrededor del 18% del total. Según datos de la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, sólo en 2020 se produjeron más de 800 millones de toneladas de fertilizantes en todo el mundo.
Pero las plantas sólo absorben entre el 30 y el 50% del nitrógeno de los fertilizantes. Gran parte del que no utilizan va a parar a los cursos de agua, lo que puede crear "zonas muertas" carentes de oxígeno que asfixian a los peces y otras formas de vida acuática. El exceso de nitrógeno en el suelo produce óxido nitroso, un potente gas que calienta el clima.
La solución: Proteger al fijador
Las bacterias fijadoras de nitrógeno producen una enzima llamada nitrogenasa, el "fijador" en la fijación del nitrógeno. La nitrogenasa sólo se encuentra en las bacterias y sólo puede funcionar en entornos con muy poco oxígeno.
Las leguminosas como las judías y los guisantes tienen estructuras radiculares, llamadas nódulos, que proporcionan un hogar acogedor y con poco oxígeno para que vivan las bacterias fijadoras del nitrógeno.
A diferencia de las leguminosas, el trigo y la mayoría de las demás plantas no tienen nódulos radiculares. Por eso los agricultores utilizan fertilizantes que contienen nitrógeno.
"Durante décadas, los científicos han intentado desarrollar cultivos de cereales que produjeran nódulos radiculares activos o colonizar los cereales con bacterias fijadoras de nitrógeno, sin mucho éxito. Nosotros utilizamos un enfoque diferente", explica Blumwald. "Dijimos que la ubicación de las bacterias fijadoras de nitrógeno no es importante, siempre que el nitrógeno fijado pueda llegar a la planta y ésta pueda utilizarlo".
Para encontrar una solución, el equipo estudió primero 2.800 sustancias químicas que las plantas producen de forma natural. Encontraron 20 que, entre otras funciones útiles para la planta, también estimulan a las bacterias a producir biopelículas. Las biopelículas son una capa pegajosa que rodea a las bacterias y crea un entorno con poco oxígeno que permite el funcionamiento de la nitrogenasa. Los científicos determinaron cómo fabrica la planta esas sustancias químicas y qué genes controlan ese proceso.
A continuación, el equipo utilizó la herramienta de edición genética CRISPR para modificar las plantas de trigo y producir más cantidad de una de esas sustancias químicas, una flavona llamada apigenina. El trigo, ahora con más apigenina de la que necesita, libera el exceso a través de sus raíces en el suelo. En los experimentos realizados, la apigenina del trigo estimuló a las bacterias del suelo a crear biopelículas protectoras, lo que permitió a la nitrogenasa fijar el nitrógeno y a las plantas de trigo asimilarlo.
El trigo también mostró un mayor rendimiento que las plantas de control cuando se cultivó con una concentración muy baja de fertilizante nitrogenado.
Los agricultores podrían ahorrar miles de millones
Los agricultores de Estados Unidos gastaron casi 36.000 millones de dólares en fertilizantes en 2023, según estimaciones del Departamento de Agricultura estadounidense. Blumwald calcula que casi 500 millones de acres en Estados Unidos están plantados con cereales.
"Imagínese si se pudiera ahorrar el 10% de la cantidad de fertilizante que se utiliza en esas tierras", reflexiona. "Estoy calculando de forma conservadora: Eso supondría un ahorro de más de mil millones de dólares cada año".
Otros autores son Hiromi Tajima, Akhilesh Yadav, Javier Hidalgo Castellanos, Dawei Yan, Benjamin P. Brookbank y Eiji Nambara.
La Universidad de California ha presentado una solicitud de patente, que está pendiente. Bayer Crop Science y la Will Lester Endowment de la UC Davis han apoyado la investigación.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Hiromi Tajima, Akhilesh Yadav, Javier Hidalgo Castellanos, Dawei Yan, Benjamin P. Brookbank, Eiji Nambara, Eduardo Blumwald; "Increased Apigenin in
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