Al darle a una variedad de arroz chino una segunda copia de uno de sus propios genes, los investigadores han aumentado su rendimiento hasta en un 40%. El cambio ayuda a que la planta absorba más fertilizante, aumenta la fotosíntesis y acelera la floración, todo lo cual podría contribuir a mayores cosechas, informa hoy el grupo en Ciencias.
La ganancia de rendimiento de un solo gen que coordina estos múltiples efectos es «realmente impresionante», dice Matthew Paul, un genetista de plantas de Rothamsted Research que no participó en el trabajo. “Creo que nunca antes había visto algo así”. El enfoque también podría probarse en otros cultivos, agrega; el nuevo estudio informa hallazgos preliminares en trigo.
El rendimiento de un cultivo es diabólicamente complejo porque muchos genes interactúan para influir en la productividad de la planta. Durante años, los biotecnólogos han buscado genes únicos que aumenten el rendimiento, sin mucha suerte. En los últimos años, han cambiado su interés a los genes que controlan otros genes y, por lo tanto, múltiples aspectos de la fisiología, como absorber nutrientes del suelo, marcar el ritmo de la fotosíntesis y dirigir los recursos de las hojas a las semillas. La modificación de uno de estos genes reguladores en el maíz da un rendimiento un 10 % mayor, una ganancia importante en comparación con el aumento del 1 % anual logrado por el fitomejoramiento tradicional.
Para encontrar otros potenciadores de rendimiento candidatos, un equipo dirigido por el biólogo de plantas Wenbin Zhou de la Academia China de Ciencias Agrícolas (CAAS) analizó 118 genes reguladores de arroz y maíz, que codifican proteínas llamadas factores de transcripción, que otros investigadores habían identificado previamente como probablemente importantes en la fotosíntesis. El equipo de Zhou trató de averiguar si alguno de los genes se activó en el arroz cultivado en suelos con bajo contenido de nitrógeno, porque dichos genes podrían aumentar la absorción del nutriente. El aumento de su actividad en el arroz cultivado en suelo regular podría impulsar a la planta a absorber aún más nitrógeno y producir más grano.
El equipo encontró 13 genes que se activaron cuando las plantas de arroz se cultivaron en suelos pobres en nitrógeno; cinco llevaron a un aumento de cuatro veces o más en la absorción de nitrógeno. Insertaron una copia extra de uno de los genes, conocido como OsDREB1C, en una variedad de arroz llamada Nipponbare que se utiliza para la investigación. También eliminaron el gen en otras plantas de arroz individuales. Los experimentos de invernadero realizados por Shaobo Wei y Xia Li de CAAS mostraron que las plantas sin el gen crecían menos que las plantas de control, mientras que aquellas con copias adicionales de OsDREB1C crecieron más rápido como plántulas y tenían raíces más largas.
La buena nutrición fue una de las razones: los trazadores isotópicos revelaron las plantas con copias adicionales de OsDREB1C absorbieron nitrógeno adicional a través de sus raíces y lo trasladaron a los brotes. Las plantas modificadas también estaban mejor equipadas para la fotosíntesis; tenían alrededor de un tercio más de cloroplastos, los orgánulos fotosintéticos dentro de las células vegetales, en sus hojas y aproximadamente un 38 % más de RuBisCO, una enzima clave en la fotosíntesis. Plantado en el campo durante 2 a 3 años, el arroz mejorado dio mayores rendimientos en tres sitios en China con climas que van de templados a tropicales.
Es importante destacar que los investigadores también transformaron una variedad de arroz de alto rendimiento que a menudo plantan los agricultores al agregar una copia adicional del gen. Estas plantas de arroz modernas modificadas produjeron hasta un 40% más de grano por parcela que los controles, informan los investigadores. “Ese es un gran número”, dice Pam Ronald, genetista de arroz de la Universidad de California, Davis. «Asombroso.»
Al igual que en los experimentos de invernadero, las plantas modificadas en el campo tenían granos más grandes y más. “Lo que han hecho es tomar una muy buena [rice variety] y demostraron que pueden mejorarlo”, dice Steve Long, fisiólogo de plantas de la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign, quien agrega que el resultado es “mucho más convincente” que mejorar una variedad de investigación.
Las plantas modificadas también florecieron antes, lo que les dio más tiempo para dedicarse a hacer grano. Una floración más rápida puede ofrecer otras ventajas, según el entorno, por ejemplo, permitir que los agricultores cultiven más cultivos por temporada o cosechar cultivos antes de que llegue el calor dañino del verano. Sin embargo, aunque el Nipponbare modificado floreció hasta 19 días antes, la variedad ampliamente cultivada de arroz floreció sólo 2 días antes.
Para demostrar un potencial más amplio, el equipo agregó el arroz OsDREB1C gen a una variedad de investigación de trigo y encontró los mismos tipos de efectos. OsDREB1C y genes similares están presentes no solo en el arroz, el trigo y otras hierbas, sino también en las plantas de hoja ancha. Los investigadores descubrieron resultados comparables al agregar una copia adicional a la planta de mostaza bien estudiada llamada Arabidopsis. Eso es consistente con un papel común en todo el reino vegetal, lo que sugiere que otros tipos de cultivos podrían ser susceptibles de aumentar el rendimiento de esta modificación.
Los cultivos transgénicos como el arroz que hizo el equipo de Zhou son inaceptables para algunos consumidores. Pero Zhou y sus colegas dicen que se podría lograr el mismo aumento de rendimiento editando los propios genes de la planta, que en algunos países ahora está menos regulado que la ingeniería transgénica. Otro beneficio es que aumentar la eficiencia de nitrógeno de los cultivos podría disminuir la contaminación de los arroyos y lagos por el exceso de fertilizante que se escurre de los campos, dice Ronald. Y la fotosíntesis mejorada será vital para aumentar el suministro mundial de alimentos, señala Steven Kelly, de la Universidad de Oxford, en un comentario. “Puede obtener grandes saltos si tiene el factor de transcripción correcto”, dice Long. «Estoy seguro de que habrá más».
