Modificar los cultivos para satisfacer la creciente necesidad de alimentos de la población mundial
La demanda mundial de alimentos está aumentando. Con el crecimiento de la población mundial y el aumento de los ingresos en los países en desarrollo, la demanda de alimentos a nivel mundial debería duplicarse en 2050. Para satisfacer estas expectativas, la agricultura debe ser más sostenible y más productiva. La producción agrícola deberán aumentar un 2,4 % cada año: todo un reto, dado que la mayoría de cultivos alimentarios, como el maíz, el arroz y el trigo, está estancada en un incremento anual del 1 %. Un equipo de investigación dirigido por el profesor Andreas Weber de la Universidad Heinrich Heine (Alemania) acaba de desarrollar una tecnología que podría conducir a plantas con una mayor producción y un menor consumo de recursos. Esta tecnología, realizada con el apoyo del proyecto financiado con fondos europeos GAIN4CROPS, se centra en la fotorespiración y el metabolismo de las plantas C4, dos de los principales aspectos a tener en cuenta para mejorar el rendimiento de los cultivos. El estudio de los investigadores se ha publicado en la revista «Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America».
Examinar la fotorespiración y el metabolismo de las plantas C4
En la mayoría de especies vegetales del mundo, llamadas plantas C3 por el compuesto de tres carbonos (3-fosfoglicerato) que se forma al fijar el CO2, la fotorespiración es un proceso metabólico derrochador. Este proceso empieza cuando la enzima ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa/oxigenasa (rubisco), cuya función es fijar el carbono, actúa en el oxígeno en lugar del CO2, lo que da lugar a productos tóxicos que la planta debe reciclar. Durante el proceso, la planta pierde una gran cantidad de la energía producida por la fotosíntesis y emite carbono fijado previamente, lo que da como resultado una productividad inferior. Sin embargo, las plantas C4 —llamadas así por el compuesto de cuatro carbonos generado durante la fotosíntesis— son capaces de reducir al mínimo la fotorespiración mediante una enzima no rubisco durante la primera etapa de fijación del carbono. A fin de restringir los efectos nocivos de la fotorespiración y mejorar el crecimiento y rendimiento de las plantas, los científicos introducen nuevas vías metabólicas para evitar la fotorespiración o imitan los mecanismos de concentración de carbono de las plantas C4. La tecnología del equipo de investigación alemán une los dos aspectos principales a tener en cuenta para mejorar el metabolismo de las plantas al combinar la fotorespiración y el metabolismo de las plantas C4. Como se afirma en una nota de prensa publicada en el sitio web de GAIN4CROPS, los científicos «transformaron una nueva vía alternativa a la fotorespiración, la vía microbiana del BHAC, en un mecanismo de conservación del carbono en las plantas». Introdujeron enzimas procedentes de la vía del BHAC en una planta modelo, «Arabidopsis thaliana», y consiguieron transformar «el producto tóxico de la fotorespiración en el punto de partida de un ciclo C4 sintético, sin disipar carbono, nitrógeno ni energía». La prueba de concepto allana el camino para una mejora en la productividad agrícola del futuro. «Mejorar la sostenibilidad es probablemente el mayor reto del siglo XXI y, aunque no exista la solución perfecta única, la combinación de diferentes tecnologías podría aportar una mejora eficaz», señaló Weber en la misma nota de prensa. Los investigadores de GAIN4CROPS (Rewiring photorespiration using natural and synthetic pathways to sustainably increase crop yield) están modificando por ingeniería vías metabólicas sintéticas muy eficientes que fomentarán la fijación de carbono. El objetivo del proyecto es contribuir a satisfacer las necesidades de combustibles y alimentos de una población mundial creciente y afectada por el cambio climático. Para obtener más información, consulte: Sitio web del proyecto GAIN4CROPS
Palabras clave
GAIN4CROPS, cultivo, fotorespiración, planta, carbono, CO2, C4, metabolismo
