La investigación dirigida por la Universidad de Arizona encontró que los árboles en los que se suprimió genéticamente la producción natural de gas isopreno (gas contaminante) no sufrieron efectos nocivos en términos de fotosíntesis o producción de biomasa. La liberación de gas isopreno a la atmósfera empeora la calidad del aire para la respiración humana y contribuye al cambio climático.
Universidad de Arizona / 6 de enero de 2020.- Al tiempo que proporcionan beneficios para el medio ambiente, algunos árboles también emiten gases a la atmósfera que empeoran la contaminación del aire y alteran el clima. Las pruebas de campo en Oregón y Arizona muestran que los álamos, que naturalmente emiten pequeñas cantidades de isopreno gaseoso, pueden modificarse genéticamente para no dañar la calidad del aire y dejar su potencial de crecimiento sin cambios.
[Recomendado: Científicos del sector forestal piden eliminar prohibición de árboles genéticamente modificados]Los hallazgos, publicados ayer en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, son importantes porque las plantaciones de álamos cubren 9.4 millones de hectáreas en todo el mundo, más del doble de la tierra utilizada hace 15 años. Los álamos son árboles de rápido crecimiento que son una fuente de biocombustibles y otros productos, como papel, paletts, madera contrachapada y marcos de muebles.
Los álamos y otros árboles utilizados en plantaciones agroforestales, incluidas las palmeras y el eucalipto, producen isopreno en sus hojas en respuesta al estrés climático, como la alta temperatura y la sequía. El isopreno alivia esas tensiones al señalizar procesos celulares para producir moléculas protectoras; sin embargo, el isopreno es tan volátil que millones de toneladas métricas se escapan a la atmósfera cada año.
El isopreno emitido reacciona con los gases producidos por la contaminación del tubo de escape para producir ozono, que es un irritante respiratorio. El isopreno también provoca niveles más altos de producción de aerosoles atmosféricos, lo que reduce la cantidad de luz solar directa que llega a la tierra (un efecto de enfriamiento) y hace que aumente el potencial de calentamiento global del metano en la atmósfera (un efecto de calentamiento). El efecto de calentamiento es probablemente mayor que el efecto de enfriamiento. El efecto neto del isopreno emitido es empeorar la salud respiratoria y, muy probablemente, calentar la atmósfera.
[Recomendado: La biotecnología podría ayudar a controlar los incendios forestales… si los activistas no se oponen]Una colaboración de investigación dirigida por científicos de la Universidad de Arizona, el Centro de Investigación Helmholtz en Munich, la Universidad Estatal de Portland y la Universidad Estatal de Oregón modificó genéticamente a los álamos para no producir isopreno, luego los testearon en ensayos de tres y cuatro años en plantaciones en Oregon y Arizona.
Los investigadores encontraron que los árboles cuya producción de isopreno se suprimió genéticamente no sufrieron efectos negativos en términos de fotosíntesis o «producción de biomasa». Pudieron producir celulosa, utilizada en la producción de biocombustibles y crecer tan bien como árboles que producían isopreno. El descubrimiento fue una sorpresa, dado el papel protector del isopreno en climas estresantes, especialmente en el caso de la plantación de Arizona.
«La supresión de la producción de isopreno en las hojas ha desencadenado vías de señalización alternativas que parecen compensar la pérdida de tolerancia al estrés debido al isopreno», dijo Russell Monson, profesor de ecología y biología evolutiva en la Universidad de Arizona y autor principal de estudiar. «Los árboles exhibieron una respuesta inteligente que les permitió evitar la pérdida de isopreno y llegar al mismo resultado, tolerando efectivamente las altas temperaturas y el estrés por sequía».
[Recomendado: Salvando al castaño americano: Planean introducir árboles transgénicos en la naturaleza]«Nuestros hallazgos sugieren que las emisiones de isopreno pueden reducirse sin afectar la producción de biomasa en las plantaciones de bosques templados», dijo el coautor del estudio Steven Strauss, profesor distinguido de biotecnología forestal en la Universidad Estatal de Oregón. «Eso es lo que queríamos examinar: ¿puede rechazar la producción de isopreno y es importante para la productividad de la biomasa y la salud general de las plantas? Parece que tampoco afecta significativamente «.
Los investigadores utilizaron una herramienta de ingeniería genética conocida como interferencia por ARN. El ARN transmite instrucciones de codificación de proteínas desde el ADN de cada célula, el cual contiene el código genético del organismo. Los científicos del Instituto de Patología Bioquímica de Plantas, Centro de Investigación Helmholtz en Munich, Alemania, que colaboraron en el estudio, desarrollaron las herramientas genéticas para modificar los árboles y los análisis de proteínas que revelaron cambios en el uso de las vías bioquímicas.
«La interferencia por ARN es como una vacuna: desencadena un mecanismo natural y altamente específico mediante el cual se suprimen objetivos específicos, ya sea el ARN de virus o genes endógenos», dijo Strauss. “También podrías hacer lo mismo a través de mejoramiento convencional. Sería mucho menos eficiente y preciso, y podría ser una pesadilla para un mejorador que podría necesitar reevaluar todo su germoplasma y posiblemente excluir a sus cultivares más productivos como resultado, pero podría hacerse. Las nuevas tecnologías como CRISPR… permiten una edición precisa del ADN en tramos específicos del código genético, deberían funcionar aún mejor ”.
[Recomendado: Virus, insectos y árboles genéticamente modificados para salvar a los cítricos de Florida]En un descubrimiento adicional, los investigadores descubrieron que los árboles podían adaptarse a la pérdida de isopreno porque la mayor parte del crecimiento de las plantaciones tiene lugar durante épocas más frías y húmedas del año.
«Esto significa que, para esta especie, el ciclo natural de crecimiento estacional funciona a favor de una alta producción de biomasa cuando menos se necesitan los efectos beneficiosos del isopreno», explicó Monson.
Esta observación también aclaró un papel adaptativo para el isopreno en los bosques naturales, donde la protección que mejora la supervivencia durante el estrés climático de mitad de temporada es probablemente más importante que los procesos que promueven el crecimiento temprano en la temporada.
«El hecho de que los cultivares de álamo se puedan producir de una manera que mejore los impactos atmosféricos sin reducir significativamente la producción de biomasa nos da mucho optimismo», dijo Monson. «Nos esforzamos por lograr una mayor sostenibilidad ambiental mientras desarrollamos fuentes de biomasa a escala de plantación que pueden servir como alternativas de combustibles fósiles».
Los científicos de la Universidad Estatal de Portland, la Universidad de California, Riverside, el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA y el Instituto de Microbiología en Greifswald, Alemania, también colaboraron en el estudio.
La financiación fue proporcionada en parte por la National Science Foundation (1065790 y 1754430), el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (2013-67009-21008) y el Ministerio de Educación e Investigación de Alemania (0315412).