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Fotosíntesis turboalimentada para alimentar al mundo
Dos abajo, uno para ir. Los investigadores han completado el segundo de los tres pasos principales necesarios para impulsar la fotosíntesis en cultivos como el trigo y el arroz, algo que podría aumentar los rendimientos entre un 36 y un 60 por ciento para muchas plantas. Debido a que es más eficiente, el nuevo método de fotosíntesis también podría reducir la cantidad de fertilizante y agua necesaria para cultivar alimentos.
Esta planta de tabaco utiliza genes tomados de bacterias para la fotosíntesis.
Investigadores de la Universidad de Cornell y Rothamsted Research en el Reino Unido trasplantaron con éxito genes de un tipo de bacteria, llamada cianobacteria, en plantas de tabaco, que a menudo se usan en investigación. Los genes permiten que la planta produzca una enzima más eficiente para convertir el dióxido de carbono de la atmósfera en azúcares y otros carbohidratos. Los resultados se publican hoy en la revista Naturaleza .
Los científicos saben desde hace mucho tiempo que algunas plantas son mucho más eficientes para convertir el dióxido de carbono en azúcar que otras plantas. Estas plantas de rápido crecimiento, llamadas plantas C4, incluyen maíz y muchos tipos de malezas. Pero el 75 por ciento de los cultivos del mundo (conocidos como plantas C3) usan una forma de fotosíntesis más lenta y menos eficiente. Los investigadores han estado intentando durante mucho tiempo cambiar algunas plantas C3, incluidos el trigo, el arroz y las papas, en plantas C4. El enfoque ha recibido un impulso últimamente gracias a las nuevas tecnologías de edición de genes de alta precisión que se están aplicando al Proyecto Arroz C4 (ver Por qué necesitaremos alimentos modificados genéticamente).
Los investigadores de Cornell y Rothamsted adoptaron un enfoque más simple. En lugar de intentar convertir una planta C3 en una planta C4 cambiando su anatomía y agregando nuevos tipos y estructuras de células, los investigadores modificaron componentes de células existentes. Si puede tener un mecanismo más simple que no requiera cambios anatómicos, eso es bastante bueno, dice Daniel Voytas , director del Centro de Ingeniería del Genoma de la Universidad de Minnesota.
En lugar de imitar las plantas C4, los investigadores tomaron prestado un mecanismo de fotosíntesis de tres partes de las cianobacterias. Primero, las proteínas forman un compartimento especial dentro de una célula vegetal que concentra CO2; segundo, el compartimento contiene una enzima rápida para convertir ese CO2; y tercero, las células usan bombas especiales en sus membranas para introducir CO2 en las células.
A principios de este año, los investigadores diseñaron células para formar los compartimentos especiales de CO2. La nueva investigación se encarga de la segunda parte: la enzima veloz. Están colaborando con otros investigadores en la tercera parte, las bombas. En última instancia, los investigadores deberán unir las tres partes en las mismas plantas.
Maureen Hansen , profesor de biología molecular y genética en Cornell, dice que los avances no se verán en los cultivos alimentarios comerciales hasta dentro de cinco o diez años como mínimo.
Hacer eso no será una simple cuestión de trasplantar uno o dos genes. Requerirá transferir de 10 a 15 genes y asegurarse de que los genes sean estables, dice precio decano , profesor de medicina, biología y medio ambiente en la Universidad Nacional de Australia. Price no participó en la investigación actual. Solo entonces pueden comenzar las pruebas de campo extensivas, junto con el proceso regulatorio para cultivos genéticamente modificados.
El enfoque probablemente se limitará al principio a unas pocas plantas que los investigadores son particularmente buenos para modificar genéticamente, como papas, tomates, berenjenas y pimientos. Sin embargo, dice Price, existen soluciones genéticas que podrían hacerlo posible rápidamente en una gama más amplia de cultivos.