Por primera vez, investigadores han demostrado que la bioingeniería multigénica de la fotosíntesis aumenta el rendimiento de un importante cultivo alimentario, en ensayos de campo.
Tras más de una década de trabajo para lograr esta meta, un equipo de colaboración del proyecto RIPE (Realizing Increased Photosynthetic Eficiency), dirigido por la Universidad de Illinois (EE.UU.), ha alterado transgénicamente las plantas de soja para aumentar la eficiencia de la fotosíntesis. Resultó en un mayor rendimiento sin pérdida de calidad, según publicaron los involucrados en la prestigiosa revista ‘Science’.
Hallazgo oportuno
Resultados de esta magnitud no podrían llegar en un momento más crucial, resaltan los autores. El último informe de la ONU, El estado de la seguridad alimentaria y la nutrición en el mundo 2022, reveló que en 2021 casi el 10% de la población mundial pasaba hambre. Una situación que ha ido empeorando constantemente en los últimos años y que eclipsa en escala a todas las demás amenazas para la salud mundial.
Según Unicef, para 2030 se espera que más de 660 millones de personas se enfrenten a la escasez de alimentos y a la desnutrición.
Dos de las principales causas son la ineficiencia de las cadenas de suministro de alimentos (acceso a los mismos) y el endurecimiento de las condiciones de cultivo debido al cambio climático. Por esto, mejorar el acceso a los alimentos y mejorar la sostenibilidad de los cultivos alimentarios en las zonas empobrecidas son los objetivos clave de este estudio y del proyecto RIPE, en general.
“El número de personas afectadas por la insuficiencia alimentaria sigue creciendo. Las proyecciones muestran claramente que es necesario un cambio a nivel del suministro de alimentos para cambiar la trayectoria”. Alerta en un comunicado, 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. Evitando, al mismo tiempo, que se dedique más tierra a la producción, prosigue. Mejorar la fotosíntesis es una gran oportunidad para conseguir el salto necesario en el potencial de rendimiento”.
Corrección de la naturaleza
La fotosíntesis, el proceso natural que utilizan todas las plantas para convertir la luz solar en energía y rendimiento. Es un proceso sorprendentemente ineficiente de más de 100 pasos que los investigadores del RIPE llevan más de una década tratando de mejorar.
En este trabajo, el primero de su clase, el grupo mejoró la construcción VPZ dentro de la planta de soja para mejorar la fotosíntesis. Posteriormente, realizó ensayos de campo para ver si el rendimiento productivo mejoraba como resultado.
La construcción VPZ contiene tres genes que codifican proteínas del ciclo de la xantofila. Es un ciclo de pigmentos que ayuda a la fotoprotección de las plantas. Una vez en plena luz solar, este ciclo se activa en las hojas para protegerlas de los daños. Lo cual permite que estas disipen el exceso de energía.
Sin embargo, cuando las hojas están a la sombra (por la cobertura de otras hojas, nubes o el sol moviéndose en el cielo), esta fotoprotección debe desconectarse para que las hojas puedan continuar el proceso de fotosíntesis con una reserva de luz solar.
De manera natural, la planta tarda varios minutos en desconectar el mecanismo de protección. Esto le hace perder un tiempo valioso que podría haber utilizado para la fotosíntesis.
En lugar de ello, la sobreexpresión de los tres genes de la construcción VPZ acelera el proceso. De modo que, cada vez que una hoja pasa de la luz a la sombra, la fotoprotección se desactiva más rápidamente. Así, las hojas ganan minutos extra de fotosíntesis que, sumados a lo largo de toda la temporada de crecimiento, aumentan la tasa fotosintética total.
La investigación ha demostrado que, a pesar de lograr un aumento de más del 20% en el rendimiento, la calidad de las semillas no se vio afectada. “A pesar del mayor rendimiento, el contenido de proteínas de las semillas no cambió.
Esto sugiere que parte de la energía extra obtenida por la mejora de la fotosíntesis se desvió, probablemente, a las bacterias fijadoras de nitrógeno en los nódulos de la planta”, explica el director del RIPE, Stephen Long. Él es titular de la cátedra universitaria Ikenberry de Ciencias de los Cultivos y Biología Vegetal del Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica de Illinois.
