A través de la bioingeniería multigénica, se ha diseñado una nueva clase de soja para absorber la luz de manera más eficiente para aumentar los rendimientos hasta en un 25 %, sin pérdida de calidad. La fotosíntesis, el proceso natural que utiliza todas las plantas para convertir la luz solar en energía y rendimiento, es un «proceso de más de 100 pasos sorprendentemente ineficiente», enfatizando los científicos detrás del nuevo desarrollo.

Después de más de una década de trabajo para lograr este objetivo, los investigadores del proyecto de investigación internacional Realizing Incremented Photosynthetic Efficiency (RIPE) informan que este avance crucial se produce sin pérdida de la calidad del cultivo.

Mejorar el acceso a los alimentos y mejorar la sostenibilidad de los cultivos alimentarios en áreas empobrecidas son los objetivos clave de este estudio y del proyecto RIPE. 

A finales de este año se realizarán pruebas de campo adicionales de estas plantas de soja transgénica, y se esperan resultados a principios de 2023.

Una vez que se probó el concepto en el tabaco, los investigadores pasaron a la tarea más complicada de poner la genética en un cultivo alimentario, la soja.

Los investigadores creen que los resultados de esta magnitud no podrían llegar en un momento más crucial. 

“Este ha sido un camino de más de un cuarto de siglo para mí personalmente”, comenta el director de RIPE, Stephen Long, presidente de Ciencias de Cultivos y Biología Vegetal de la Universidad Ikenberry Endowed en el Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica de Illinois.

“Empezando primero con un análisis teórico de la eficiencia teórica de la fotosíntesis del cultivo, simulación del proceso completo mediante computación de alto rendimiento, seguido de la aplicación de rutinas de optimización que indicaron varios cuellos de botella en el proceso en nuestros cultivos”, explica .

“El apoyo financiero durante los últimos diez años ahora nos ha permitido diseñar el alivio de algunos de estos cuellos de botella indicados y probar los productos a escala de campo. Después de años de pruebas y tribulaciones, es maravillosamente gratificante ver un resultado tan espectacular para el equipo”.

Pruebas de campo para probar una nueva innovación
En este trabajo, el primero de su tipo, publicado recientemente en Science , el grupo mejoró la construcción VPZ dentro de la planta de soja para mejorar la fotosíntesis y luego realizó pruebas de campo para ver si el rendimiento mejoraría como resultado. resultado.

La construcción VPZ contiene tres genes que codifican proteínas del ciclo de la xantofila, que es un ciclo de pigmento que ayuda en la fotoprotección de las plantas. Una vez a plena luz del sol, este ciclo se activa en las hojas para protegerlas del daño, permitiendo que las hojas disipen el exceso de energía. 

Sin embargo, cuando las hojas están a la sombra, por otras hojas, nubes o el sol moviéndose en el cielo, por ejemplo, esta fotoprotección necesita apagarse para que las hojas puedan continuar el proceso de fotosíntesis con una reserva de luz solar. 

La planta tarda varios minutos en apagar el mecanismo de protección, lo que le cuesta a las plantas un tiempo valioso que podría utilizarse para la fotosíntesis.

La sobreexpresión de los tres genes de la construcción VPZ acelera el proceso, por lo que cada vez que una hoja pasa de la luz a la sombra, la fotoprotección se apaga más rápido.

Las hojas obtuvieron minutos adicionales de fotosíntesis que, cuando se suman a lo largo de toda la temporada de crecimiento, aumentan la tasa fotosintética total. Esta investigación ha demostrado que, a pesar de lograr un aumento de más del 20 % en el rendimiento, la calidad de la semilla no se vio afectada.

“A pesar del mayor rendimiento, el contenido de proteína de la semilla se mantuvo sin cambios. Esto sugiere que parte de la energía adicional obtenida de la fotosíntesis mejorada probablemente se desvió a las bacterias fijadoras de nitrógeno en los nódulos de la planta”, detalla Long.

Partió del tabaco
Los investigadores primero probaron su idea en plantas de tabaco debido a la facilidad de transformar la genética del cultivo y la cantidad de semillas que se pueden producir a partir de una sola planta. 

Estos factores permiten a los investigadores pasar de la transformación genética a una prueba de campo en cuestión de meses. 

Una vez que se probó el concepto en el tabaco, pasó a la tarea más complicada de poner la genética en un cultivo alimentario, la soja.

Soy been on spoon it on white table background with copy space,healthy concept.

«Después de haber mostrado aumentos de rendimiento muy sustanciales tanto en el tabaco como en la soja, dos cultivos muy diferentes, sugiere que esto tiene una aplicabilidad universal», dice Long. “Nuestro estudio muestra que la realización de mejoras en el rendimiento se ve afectada por el medio ambiente. Es fundamental determinar la repetibilidad de este resultado en todos los entornos y mejoras adicionales para garantizar la estabilidad ambiental de la ganancia”.

“El principal impacto de este trabajo es abrir caminos para demostrar que podemos modificar la fotosíntesis mediante bioingeniería y mejorar los rendimientos para aumentar la producción de alimentos en los principales cultivos”, dice De Souza. “Es el comienzo de la confirmación de que las ideas arraigadas en el proyecto RIPE son un medio exitoso para mejorar el rendimiento de los principales cultivos alimentarios”.

El proyecto RIPE y sus patrocinadores se han comprometido a hacer que la tecnología de este proyecto sea accesible a nivel mundial para los agricultores que más la necesitan, con un enfoque en el África subsahariana, una de las áreas de producción de soja de más rápido crecimiento en el mundo. 

Según el Soybean Innovation Lab, este cultivo alimenticio rico en proteínas ha experimentado un crecimiento en acres plantados y demanda interna.

Momento crítico para los avances de nuevos cultivos
El informe más reciente de la ONU, El estado de la seguridad alimentaria y la nutrición en el mundo 2022, encontró que en 2021 casi el 10 % de la población mundial padecía hambre, una situación que ha ido empeorando constantemente en los últimos años. y eclipsando en escala todas las demás amenazas a la salud mundial. 

Según UNICEF, para 2030, se espera que más de 660 millones de personas enfrenten escasez de alimentos y desnutrición. Dos de las principales causas de esto son las cadenas de suministro de alimentos ineficientes y las condiciones de crecimiento más duras para los cultivos debido al cambio climático. 

“El número de personas afectadas por la insuficiencia alimentaria continúa creciendo, y las manifestaciones muestran claramente que debe haber un cambio en el nivel de suministro de alimentos para cambiar la trayectoria”, subraya Amanda De Souza, científica investigadora del proyecto RIPE y autora principal. 

“Nuestra investigación muestra una forma eficaz de contribuir a la seguridad alimentaria de las personas que más lo necesitan, impidiendo al mismo tiempo que se pongan más tierras en producción. Mejorar la fotosíntesis es una gran oportunidad para obtener el salto necesario en el potencial de rendimiento”.

Aprovechar la genómica de cultivos para los alimentos del futuro
La genómica de cultivos se utiliza cada vez más entre otros actores agroalimentarios para aplicaciones emergentes, como el cultivo de garbanzos ricos en proteínas , el aumento de las propiedades antioxidantes en los plátanos y la identificación de las propiedades específicas para la salud de los polifenoles en los arándanos .

El mes pasado , los investigadores lograron secuenciar el genoma completo de la avena, lo que indica oportunidades para cultivar nuevas variedades resistentes a la sequía y al calor, así como de alto rendimiento.

En septiembre de 2021 , el Reino Unido anunció que relajaría su política en torno a la ciencia de la edición de genes. Sin embargo, la medida ha suscitado algunas preocupaciones en torno a la salud y la seguridad ambiental.

Por Benjamín Ferrer

DEJA UNA RESPUESTA

Por favor ingrese su comentario!
Por favor ingrese su nombre aquí