Investigadores de la Universidad de Oxford y la Academia de Ciencias de China descubrieron un nuevo gen clave que mejora el rendimiento y la eficiencia en el uso de fertilizantes en el arroz.
La «Revolución Verde» de finales del siglo XX a nivel mundial experimentó aumentos dramáticos año por año en los rendimientos mundiales de granos de arroz y otros cereales. La Revolución Verde fue impulsada por las nuevas variedades enanas de alto rendimiento (GRV) que todavía se usan ampliamente en la actualidad, y por el mayor uso de fertilizantes.
El número de ramas que soportan granos por planta aumentan en variedades GRV, y se incrementa aún más por el mayor uso de fertilizantes nitrogenados, lo que aumenta el rendimiento de grano. Sin embargo, los fertilizantes son costosos para los agricultores y causan grandes daños ambientales. El desarrollo de nuevos cultivos GRV que combinen un mayor número de ramas con grano y un rendimiento mayor con un uso reducido de nitrógeno es, por lo tanto, un objetivo urgente de agricultura sostenible global.
Un nuevo estudio importante, publicado recientemente como portada de la revista Science, dirigido por el profesor Xiangdong Fu del Instituto de Genética y Biología del Desarrollo de la Academia de Ciencias de China, y el profesor Nicholas Harberd del Departamento de Ciencias de las Plantas de la Universidad de Oxford, financiado en parte por la Iniciativa BBSRC-Newton Rice, por primera vez ha descubierto un gen que puede ayudar a alcanzar ese objetivo.
El estudio identificó un gen de arroz que responde al nitrógeno y, por lo tanto, aumenta la acumulación en las células vegetales de una proteína llamada NGR5. La acumulación de NGR5 estimulada por nitrógeno altera la estructura de los genes que inhiben el crecimiento de los racimos, apagándolos y aumentando así el número de racimos que mejoran el rendimiento.
El profesor Harberd dijo: ‘Descubrir cómo el nitrógeno estimula el crecimiento del racimo fue emocionante en sí mismo. Pero nuestro descubrimiento fue particularmente emocionante porque NGR5 controla la actividad (a través de un mecanismo conocido como modulación de cromatina) de múltiples genes en el genoma del arroz, genes probablemente responsables de muchas respuestas diferentes del arroz al nitrógeno del suelo además del crecimiento de racimos».
El aumento en el número de racimos de GRV también es causado por la acumulación de otra proteína promotora de ramificación llamada DELLA, una acumulación que es reducida por la hormona vegetal giberelina (GA). El estudio encontró que GA también reduce la acumulación de NGR5, y que el crecimiento de racimos es producto de interacciones complejas entre las proteínas NGR5 y DELLA.
El profesor Harberd dijo: «Luego razonamos que un aumento adicional en la acumulación de NGR5 podría aumentar el número de racimos y el rendimiento con un uso reducido de fertilizantes. Para nuestro deleite, descubrimos que el aumento de la acumulación de NGR5 causó un aumento tanto en el número de racismos como en el rendimiento de grano de un GRV de arroz de élite actual, especialmente a niveles bajos de fertilizantes«.
Los investigadores dicen que NGR5 ahora debería convertirse en un objetivo importante para los mejoradores de plantas a fin de mejorar el rendimiento de los cultivos y la eficiencia en el uso de fertilizantes, con el objetivo de lograr los aumentos globales de rendimiento de grano necesarios para alimentar a una población mundial en crecimiento a un costo ambiental reducido.
El profesor Harberd agregó: ‘Este estudio es un excelente ejemplo de cómo perseguir objetivos fundamentales de la ciencia de las plantas puede conducir rápidamente a posibles soluciones a los desafíos globales. Descubre cómo las plantas coordinan su crecimiento en respuesta a la disponibilidad de nitrógeno del suelo, luego muestra cómo ese descubrimiento puede permitir estrategias de mejoramiento para la seguridad alimentaria sostenible y futuras nuevas revoluciones verdes».