Materiales

TR10: Ultrafotosíntesis para alimentar al mundo

La edición genómica podría permitir fotosíntesis mucho más productivas en plantas para aumentar el rendimiento de los cultivos

  • Viernes, 20 de febrero de 2015
  • Por Kevin Bullis
  • Traducido por Francisco Reyes


Avance

Ingeniería de plantas de arroz para extraer la energía de la luz solar de forma mucho más eficiente que en la actualidad.

Por qué es importante

El rendimiento de los cultivos no está aumentando lo suficientemente rápido como para satisfacer la demanda de una población en crecimiento.

Disponibilidad

Entre 10 y 15 años.

Organizaciones clave

  • Paul Quick, Instituto Internacional de Investigación del Arroz
  • Daniel Voytas, Universidad de Minnesota (EEUU)
  • Julian Hibberd, Universidad de Cambridge (Reino Unido)
  • Susanne von Caemmerer, Universidad Nacional de Australia

En diciembre, varios genetistas anunciaron que habían diseñado plantas de arroz que llevaban a cabo la fotosíntesis de forma más eficiente, como hacen el maíz y muchas malas hierbas de crecimiento rápido. El avance, hecho por un equipo de investigadores en las Filipinas y el Reino Unido, facilita los esfuerzos de los científicos por aumentar radicalmente la producción de arroz y, potencialmente, de trigo. Llega en un momento en que los rendimientos de estos dos cultivos, que en conjunto alimentan a casi el 40% del mundo, se están estabilizando peligrosamente, por lo que cada vez es más difícil cumplir con la creciente demanda de alimentos.

El proceso de supercarga, llamado fotosíntesis C4, impulsa el crecimiento de las plantas mediante la captura de dióxido de carbono y su concentración en células especializadas en las hojas. Eso permite que el proceso de fotosíntesis funcione de forma mucho más eficiente. Es el motivo por el que el maíz y la caña de azúcar crecen de forma tan productiva. Si el arroz C4 llega a funcionar, superará en altura al arroz convencional en sólo unas pocas semanas desde la siembra. Los investigadores calculan que implantar la fotosíntesis C4 en el arroz y el trigo podría aumentar los rendimientos por hectárea en aproximadamente un 50%. Además, sería posible usar mucha menos agua y fertilizantes para producir la misma cantidad de alimento.

Los resultados de diciembre, logrados por Paul Quick en el Instituto Internacional de Investigación del Arroz (IRRI) en Filipinas y el profesor de la Universidad de Cambridge (Reino Unido), Julian Hibberd, introdujeron cinco genes clave de la fotosíntesis C4 en una planta de arroz y mostraron que la planta puede capturar el dióxido de carbono a través del mismo mecanismo observado en las plantas con la versión supercargada de la fotosíntesis. "Es la primera vez que hemos visto pruebas del ciclo C4 en arroz, así que es muy emocionante", afirma el investigador del Centro de Ciencias de Plantas Danforth en St. Louis (EEUU), Thomas Brutnell. Brutnell es parte del Consorcio de Arroz C4 encabezado por el IRRI, que cuenta con financiación de la Fundación Bill y Melinda Gates, pero que no participó directamente en el avance más reciente.

A pesar de los cambios genéticos, las plantas de arroz modificadas aún dependen principalmente de su forma habitual de fotosíntesis. Para conseguir que cambien por completo, los investigadores tienen que hacer que las plantas produzcan células especializadas en una disposición precisa: un conjunto de células para capturar el dióxido de carbono, rodeado de otro conjunto de células que lo concentren. Esa es la anatomía distintiva en forma de corona que se encuentra en las hojas de las plantas C4. Sin embargo, los científicos aún no conocen todos los genes implicados en la producción de estas células y sospechan que pueden ser docenas.

Los nuevos métodos de edición genómica, que permiten a los científicos modificar con precisión partes de los genomas de las plantas, podrían ayudar a resolver el problema. El uso de fitomejoramiento convencional para manipular más de uno o dos genes es una "pesadilla", señala Brutnell, y es aún peor tener que diseñar una planta con docenas de cambios genéticos. La edición genómica podría hacer posible cambiar un gran número de genes con facilidad. Según Brutnell: "Ahora tenemos la caja de herramientas necesaria para intentarlo".

Podría pasar una década o más antes de que las modificaciones de cultivos incluso más sencillas lleguen a los agricultores, por no hablar de algo tan complejo como la reingeniería del modo en que las plantas realizan la fotosíntesis. Pero una vez que los científicos resuelvan el rompecabezas del C4 en una planta como el arroz, esperan que el método se pueda ampliar para aumentar radicalmente la producción de otros cultivos como el trigo, las patatas, los tomates, las manzanas y la soja.

- Kevin Bullis


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