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Foto: Cuando hace mucho calor, disminuye la respuesta inmunológica de las plantas de colza.

Cambio Climático

Edición genética para proteger los cultivos del calentamiento global

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Reforzar las defensas de las plantas podría proteger los cultivos de la subida de las temperaturas causada por el cambio climático

  • por Casey Crownhart | traducido por Ana Milutinovic
  • 20 Julio, 2022

Algunas de las regiones agrícolas más productivas del mundo, desde la India hasta el medio oeste de EE UU, ya han batido récords de altas temperaturas este año, con posibles consecuencias preocupantes para el suministro de alimentos.

Los días y noches calurosas pueden empeorar las condiciones de sequía, y esa no es la única forma en la que la subida de las temperaturas puede dañar los cultivos. En condiciones extremas, la maquinaria molecular de las plantas puede incluso llegar a parar, provocando la pérdida de cultivos. Se espera que esa amenaza empeore ante el cambio climático.

Sin embargo, algunas plantas, entre los que se incluyen cultivos importantes como el maíz y el trigo, podrían sufrir consecuencias adicionales debidas al calentamiento global. La razón es que el calor perjudica una herramienta importante que las plantas utilizan para defenderse contra infecciones. Cuando se calientan incluso un poco más de niveles normales, las plantas se pueden volver más vulnerables a las plagas.

Los biólogos han comenzado a estudiar cómo ocurre eso, y una nueva investigación ha revelado opciones para reparar las defensas de las plantas sin ralentizar el crecimiento. Si se logra aplicar a las granjas reales, alterar los cultivos de esta manera, podría ayudar a garantizar que el suministro de alimentos se mantenga al ritmo del crecimiento de la población en un mundo con unas temperaturas cada vez más altas.

Los sistemas inmunológicos de las plantas no son tan complicados como los de los seres humanos, pero sí que producen sustancias químicas como respuesta a infecciones bacterianas o fúngicas o ataques de insectos.

Para muchas plantas, una gran respuesta inmune involucra al ácido salicílico que tiene propiedades antibacterianas y también actúa como señal para activar otras reacciones del sistema inmunitario.

El problema es que, en condiciones inusualmente calurosas, esta vía se cierra. Para cultivos que crecen en lugares normalmente más fríos como el centro de Europa, por ejemplo, unos pocos días por encima de los 28° C (84 °F) pueden ser suficientes para debilitar las defensas de una planta.

Los investigadores conocen esta limitación desde hace décadas, pero solo recientemente han empezado a comprender exactamente qué es lo que está fallando y cómo podrían intervenir para ayudar.

En un nuevo artículo, los investigadores identificaron un gen que parece ser el culpable de la sensibilidad a la temperatura, y encontraron una manera de reparar el sistema inmunológico de las plantas para aguantar temperaturas más altas.

El biólogo de plantas de la Universidad de Duke (EE UU) y del Instituto Médico, Howard Hughes, y su equipo identificaron el gen denominado CBP60g que codifica una proteína que controla cómo se expresan otros genes involucrados en la reacción del ácido salicílico.

Los investigadores, al encontrar el gen, lograron modificar el genoma de las plantas para obligarlas a aumentar la producción de ácido salicílico siempre, incluso con altas temperaturas. Finalmente, los investigadores también consiguieron crear plantas que fabricaban químicos de defensa solo cuando detectaban un patógeno, conservando la energía y garantizando así que las plantas no ralentizaran su crecimiento con las defensas innecesarias.

Esta investigación, como muchos estudios fundamentales sobre plantas, involucró a la planta Arabidopsis, la rata de laboratorio de la biología vegetal. "Traducir el trabajo a otras plantas podría ser un desafío", opina César Cuevas-Velázquez, biólogo de plantas de la Universidad Nacional Autónoma de México y uno de los revisores del estudio.

Aun así, muchas especies de cultivos relevantes están estrechamente relacionadas con la Arabidopsis, como el brócoli y las coles de Bruselas. Y debido a que la reacción del ácido salicílico está presente en muchos tipos diferentes de plantas, entre los que se incluyen cultivos importantes como el trigo, el maíz y las patatas, es posible que este trabajo tenga un impacto mucho más allá del laboratorio.

En algunos experimentos de seguimiento, el grupo de la Universidad de Duke trabajó para repetir sus resultados en la planta de colza, una variedad que se utiliza para hacer aceite. Los resultados fueron prometedores, aunque aún se deben realizar pruebas de campo, señala He.

Un obstáculo para llevar los cultivos genéticamente modificados al campo podría ser el hecho de que los investigadores usaron bacterias para introducir el nuevo ADN en la planta, así que considerarían OGM (organismos genéticamente modificados). No obstante, He indica que la futura investigación podría usar herramientas de edición de genes como CRISPR en lugar de introducir el ADN de otro organismo. De esta manera, tal vez se evitarían algunos de los desafíos regulatorios y de consumo asociados a los alimentos transgénicos.

Otros expertos se apresuran a señalar que, si bien la investigación podría estar avanzando, aún no han descubierto las plantas por completo.

"Hay muchas más preguntas que son más fundamentales", resalta Jian Hua, bióloga de plantas de la Universidad de Cornell (EE UU). Por ejemplo, según ella, no está claro por qué esta vía inmunitaria se bloquea a altas temperaturas como primera reacción.  

El fallo inmunológico por altas temperaturas podría ser una peculiaridad evolutiva. Pero también es posible que haya algún beneficio al desactivar ciertas defensas cuando cambian las temperaturas, destaca Hua. Algunas plantas tienen otras respuestas inmunitarias que son mayores cuando suben las temperaturas. No está claro cuál podría ser la importancia comparativa de estas diferentes vías o cómo podrían interactuar.

El aumento de las temperaturas provocado por el cambio climático afectará a las plantas de muchas maneras más allá de la inmunidad. Si los investigadores pueden encontrar nuevas formas de ayudar a las plantas a defenderse, podría disminuir el uso de pesticidas y se lograría un suministro mundial de alimentos más resistente.

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