SCIENCE

Crean una fotosíntesis «turbo» para producir más comida

Una técnica de manipulación genética ha aumentado la productividad de las plantas de tabaco en un 20 por ciento. Ya trabajan en aplicarlo en plantas comestibles como maíz o arroz

Hojas de tabaco modificadas genéticamente en este estudio
Hojas de tabaco modificadas genéticamente en este estudio - Lauriebeth Leonelli and Matthew Brooks/UC Berkeley

El descontrolado crecimiento de la población mundial obligará en 2050 a aumentar en un 70 por ciento la producción de alimentos, según Naciones Unidas. La solución pasa probablemente por hacer un reparto más equitativo de los recursos, pero además científicos de todo el mundo tratan de aumentar y abaratar la producción de comida. Una de las posibles salidas puede estar en crear plantas modificadas genéticamente que crezcan más rápido y que además necesiten menos agua y nutrientes para desarrollarse.

Este jueves, un estudio presentado en la revista Science ha mostrado el que puede ser un gran salto en este objetivo. Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, la Universidad de Berkeley y la Universidad de Illinois (Estados Unidos) han conseguido aumentar hasta en un 20 por ciento la productividad de una planta de tabaco modificada genéticamente. La investigación, financiada por la Fundación Bill y Melinda Gates, lo ha logrado después de «acelerar» la fotosíntesis de las hojas.

«Hemos demostrado que funciona en tabaco, pero por supuesto ninguno de los científicos de este proyecto está interesado en aumentar la producción de tabaco», ha explicado a ABC Johannes Kromdijk, investigador de la Universidad de Illinois y coautor del estudio. «Estamos mucho más interesados en probarlo en cultivos comestibles. El proyecto está financiado por la fundación Gates para mejorar la producción de comida en países en vías de desarrollo».

En realidad, han usado el tabaco porque es una planta fácil de manipular genéticamente. Pero, tal como han explicado los investigadores, ya están trabajando en usar el método que aumenta la eficacia de la fotosíntesis en muchas plantas interesantes para la agricultura. En concreto, lo están probando en el arroz, la mandioca y el caupí, una planta que es la principal fuente de proteínas en muchas áreas del África subsahariana. Además, en un futuro próximo quieren comenzar a probarlo en maíz, soja y sorgo.

«Los procesos moleculares que hemos modificados son fundamentales para todas la plantas que llevan a cabo la fotosíntesis, así que esperamos obtener incrementos similares en otros cultivos», ha explicado Krishna Niyogi, otro de los coautores del estudio.

La eficacia de la técnica ya está demostrada en invernaderos. Pero tal como ha aclarado Kromdijk, después de demostrarlo en tabaco llega el momento de averiguar qué ocurre en otras plantas. «Es otra área por explorar, porque los beneficios probablemente dependerán del medio ambiente». Por ejemplo, todo cambia si los cielos de una zona suelen estar despejados o cubiertos, o de cuáles son las temperaturas dominantes. En este caso, los modelos de estos investigadores predicen que podrán conseguir más beneficios con menores temperaturas.

Acelerar lo natural

El mecanismo empleado consistió en insertar en el tabaco genes modificados de otra planta, Arabidopsis thaliana, con el objetivo de potenciar el funcionamiento de ciertos genes. Estos permitió cambiar el comportamiento de un mecanismo de protección natural de las plantas y así aumentar la eficacia de la fotosíntesis.

El mecanismo alterado es el «Non photochemical quenching» (algo así como desactivación no fotoquímica), un proceso que se activa cuando las hojas de una planta reciben tanta energía de la luz del Sol que se ven obligadas a disipar una parte para evitar daños. Pero cuando los niveles de luz descienden, por ejemplo porque pasa una nube o hay hojas encima que dan sombra, este mecanismo tarda un tiempo en desactivarse. Por eso, la planta sigue disipando luz cuando esta ya no es una amenaza, y como resultado los cultivos pierden entre un siete y un 30 por ciento de su productividad diaria.

En este estudio, la manipulación de genes aceleró el crecimiento y la fotosíntesis del tabaco
En este estudio, la manipulación de genes aceleró el crecimiento y la fotosíntesis del tabaco- GRAPHIC BY JULIE MCMAHON

Según han afirmado los investigadores en su artículo, ellos han conseguido acelerar este cambio y permitir que la planta aproveche antes la energía del Sol. En concreto, y después de aumentar la expresión de tres genes relacionados con los mecanismos de disipación de luz, consiguieron aumentar la eficacia de la fotosíntesis en un 14 por ciento y en aumentar la producción de las hojas (medida en peso seco) entre un 14 a un 20.

Del laboratorio a la mesa

En caso de que la legislación lo permitiese, ¿cuánto faltaría para que se pudiera aprovechar esta investigación en el campo? En opinión de Kromdijk, una vez que se demuestre que este proceso aumenta la producción también en cultivos de alimentos y no solo en tabaco: «Estimamos que harán falta otros 10 o 15 años antes de que pueda estar en las granjas a gran escala, pero esto depende mucho de la legislación y de la opinión pública».

Los abogados y políticos tendrán que decidir. Entre las cosas que pueden favorecer que esta investigación se aplique a gran escala, está el hecho de que la técnica de manipulación genética empleada no tiene por qué crear organismos transgénicos: el motivo es que en teoría pueden aumentar la eficacia de la producción de una especie de planta modificando los genes de esta planta, pero sin insertar el ADN de otras especies. Esto no crea un transgénico según los criterios de la legislación de Estados Unidos, pero sí según los criterios europeos.

«Mi opinión personal es que estos incrementos de eficacia en la fotosíntesis que hemos conseguido no se lograrán con agricultura tradicional–que consiste en seleccionar variantes de plantas más productivas–», ha explicado Kromdijk. Por eso, cree que es mejor que la legislación decida esta cuestión considerando cómo son los productos, antes que tener en cuenta cómo se han obtenido.

Isabel López-Díaz, investigadora del Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (CSIC) de la Universidad de Valencia, se ha mostrado escéptica. «Hay que preguntarse si el factor limitante de los cultivos es la luz, o si por el contrario son más importante la sequía, las enfermedades o las plagas», ha propuesto. Además, ha destacado que «ellos han mejorado la eficiencia de la fotosíntesis en unas condiciones muy concretas, y la han aumentado solo en casos en los que hay transiciones de luz». Por eso, la importancia de este avance depende de que se demuestre su eficacia en condiciones reales de campo.

En todo caso, López-Díaz ha considerado que este tipo de investigaciones son en principio muy positivas, puesto que aceleran el crecimiento de las plantas. Además, ha opinado que gracias a las nuevas técnicas de edición genética del «corta-pega», CRISPR, estos avances se acelerarán y se implementarán en no mucho tiempo. Además, esquivarán el escollo de los transgénicos, puesto que el «corta-pega» permite modificar los genes de un organismo sin introducir ADN de otras especies.

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