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Acelerar la fotosíntesis podría alimentar al mundo

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Una enzima que convierte más rápidamente el CO2 en azúcar es uno de los pasos clave para multiplicar el rendimiento de los cultivos

  • por Kevin Bullis | traducido por Francisco Reyes
  • 19 Septiembre, 2014

Foto: Esta planta de tabaco utiliza genes procedentes de bacterias para la fotosíntesis.

Llevan dos, y les falta uno. Un grupo de investigadores ha completado el segundo de los tres pasos clave necesarios para acelerar la fotosíntesis en cultivos como el trigo y el arroz, lo que podría aumentar el rendimiento de muchas plantas entre casi un 36% y un 60%. Al ser más eficiente, el nuevo método de fotosíntesis también podría reducir la cantidad de fertilizantes y agua necesarios para producir alimentos.

Investigadores de la Universidad de Cornell y Rothamsted Research (ambos en Reino Unido) han trasplantado con éxito genes de un tipo de cianobacterias, en plantas de tabaco, que a menudo se utilizan para fines de investigación. Dichos genes permiten que la planta produzca una enzima más eficaz para convertir el dióxido de carbono de la atmósfera en azúcares y otros hidratos de carbono. Los resultados se publicaron el miércoles en la revista Nature.

Desde hace tiempo los científicos saben que algunas plantas son mucho más eficientes que otras a la hora de convertir el dióxido de carbono en azúcar. Entre estas plantas de crecimiento rápido, conocidas como plantas C4, están el maíz y muchos tipos de malas hierbas. Pero el 75% de los cultivos del mundo (conocidos como plantas C3) utilizan una forma de fotosíntesis más lenta y menos eficiente. Durante años los investigadores han estado intentando cambiar algunas plantas C3, como el trigo, el arroz y las patatas, a plantas C4. Este enfoque se ha visto impulsado últimamente por novedosas tecnologías de alta precisión para la edición de genes, que están siendo aplicadas al Proyecto Arroz C4 (ver "Por qué necesitaremos alimentos modificados genéticamente").

Los investigadores de Cornell y Rothamsted siguieron un enfoque más simple. En vez de intentar convertir una planta C3 en una planta C4 cambiando su anatomía y añadiendo nuevos tipos y estructuras celulares, los investigadores modificaron los componentes de células existentes. "Si consigues un mecanismo más sencillo que no requiera cambios anatómicos, es algo bastante bueno", asegura el director del Centro de Ingeniería del Genoma de la Universidad de Minnesota (EEUU), Daniel Voytas.

En lugar de imitar a las plantas C4, los investigadores tomaron prestado de las cianobacterias un mecanismo de fotosíntesis que se divide en tres partes. En primer lugar, las proteínas forman un compartimiento especial dentro de la célula de una planta donde se concentra el CO2. En segundo lugar, el compartimento contiene una enzima para acelerar la conversión del CO2. Finalmente, las células utilizan bombas especiales situadas en sus membranas para llevar el CO2 a las células.

A principios de este año, los investigadores diseñaron células para formar los compartimentos especiales de CO2. La nueva investigación es la que se encarga de la segunda parte: la enzima aceleradora. Están colaborando con otros investigadores en la tercera parte: las bombas. En última instancia, los investigadores tendrán que incluir las tres piezas en las mismas plantas.

La profesora de Biología Molecular y Genética en Cornell, Maureen Hansen, señala que los avances no se usarán en cultivos comerciales de alimentos hasta al menos cinco o diez años.

Hacerlo no será tan fácil como trasplantar uno o dos genes. Será necesario transferir entre 10 y 15 genes, y asegurarse de que los genes son estables, señala Dean Price, profesor de Medicina, Biología y Medio Ambiente en la Universidad Nacional de Australia. Price no estuvo involucrado en la investigación actual. Sólo a partir de entonces se puede empezar a hacer pruebas de campo extensas, siguiendo el proceso regulatorio de los cultivos modificados genéticamente.

En un principio es probable que el enfoque se limite a unas pocas plantas que a los investigadores se les dé especialmente bien modificar genéticamente, como las patatas, los tomates, las berenjenas y los pimientos. Sin embargo, según Price, existen soluciones genéticas que podrían hacerlo posible rápidamente en una amplia gama de cultivos.

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