Investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign han conseguido hacer más eficiente la fotosíntesis en las plantas de soja, logrando un notable aumento de rendimiento sin incrementar el uso de fertilizantes, en un importante avance que permitirá reducir el avance de la frontera agrícola para la producción de alimentos.
New Scientist / 18 de agosto de 2022.- Las semillas de soja modificadas genéticamente para hacerlas más eficientes en la fotosíntesis han producido rendimientos más de un 20% superiores a los de los cultivos no modificados en ensayos de campo, y sin añadir fertilizantes. Estos cultivos mejorados ayudarán a reducir la deforestación, las emisiones de gases de efecto invernadero y la pérdida de biodiversidad, además de aumentar los ingresos de los agricultores de los países de bajos ingresos para los que se crean estos cultivos.
«Creemos que funcionará en la mayoría de los cultivos», afirma Stephen Long, de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign. «Estamos trabajando en el caupí y en el arroz».
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Varios equipos han conseguido potenciar el crecimiento en plantas como el tabaco mediante la mejora de la fotosíntesis, pero es la primera vez que se consigue en una planta alimenticia en pruebas de campo, dice Long.
El trabajo es el resultado de una colaboración mundial creada hace 10 años, financiada principalmente por la Fundación Bill y Melinda Gates, que pretende aumentar el rendimiento mejorando la fotosíntesis y poner estos cultivos mejorados a disposición de los pequeños agricultores del África subsahariana. Se están estudiando varios enfoques y la combinación de los mismos debería producir aumentos de rendimiento aún mayores.
«Creemos que podríamos conseguir un aumento tan grande como el 50%», dice Long. «Si se consiguiera eso, sería el nivel de la Revolución Verde». La Revolución Verde se refiere a las grandes mejoras de rendimiento conseguidas en los años 50 y 60 gracias a la mejora de las variedades de cultivo y otras tecnologías.
La soja modificada genéticamente tiene mayor rendimiento porque se adapta mejor a los cambios de sol a sombra, y viceversa. Cuando una hoja está a pleno sol, absorbe más energía lumínica de la que puede manejar su maquinaria fotosintética. Esto daña las células a menos que activen un mecanismo conocido como quenching para disipar el exceso de energía.
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Sin embargo, cuando una hoja está a la sombra, el quenching tiene que ser desactivado para evitar la disipación de energía que podría ser utilizada. La mayoría de las plantas de cultivo activan y desactivan el quenching con bastante lentitud y pierden mucha energía por ello.
No se sabe con certeza a qué se debe esto, dice Long, pero podría ser porque los ancestros silvestres de muchos cultivos crecían en condiciones semiáridas con pocas plantas cerca de ellos. Ahora se cultivan muy cerca unas de otras, y cuando el sol se mueve por el cielo, la mayoría de las hojas tienen continuamente las sombras de otras hojas moviéndose sobre ellas.
Algunas plantas silvestres, como los helechos, activan o desactivan el enfriamiento mucho más rápidamente, dice Long. Su equipo ha añadido a las semillas de soja copias adicionales de tres genes que intervienen en el proceso de apagado, lo que da lugar a niveles más altos de las proteínas codificadas y acelera las transiciones, haciendo que la fotosíntesis sea más eficiente.
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«Aunque no fertilizamos nuestros cultivos de soja, el contenido de proteínas no cambió», dice Long. Esto es importante, ya que la soja es la principal fuente vegetal de proteínas a nivel mundial.
«Este estudio es muy interesante», afirma Emma Kovak, del Breakthrough Institute, un centro de investigación mundial.
La agricultura es responsable de un tercio de las emisiones de gases de efecto invernadero, y una cuarta parte se debe a la roturación de tierras, afirma. «El aumento del rendimiento no sólo contribuye a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, sino que, al reducir la deforestación, también ayuda a preservar la biodiversidad vegetal y el hábitat de la fauna».
Sólo en Estados Unidos, un aumento del 15% en el rendimiento de los cultivos de soja reduciría las emisiones de gases de efecto invernadero en una cantidad equivalente a 100 millones de toneladas de dióxido de carbono, según ha calculado Kovak anteriormente.
«Es necesario un gran esfuerzo para mejorar los cultivos, porque el aumento del rendimiento anual de nuestros principales cultivos se ha estancado, la población mundial está creciendo y tenemos el cambio climático», dice Christine Raines, de la Universidad de Essex (Reino Unido), cuyo equipo está trabajando en otra forma de potenciar la fotosíntesis.
«También necesitamos aumentar el rendimiento de forma sostenible, por ejemplo sin utilizar nitrógeno adicional, como se ha demostrado en este estudio», dice Raines.
La mayoría de los demás cultivos no pueden fabricar su propio abono nitrogenado como lo hacen las leguminosas como la soja y el poroto caupí, por lo que podrían necesitar un abono adicional para aprovechar las mejoras de la fotosíntesis. Pero la Fundación Gates también está financiando trabajos para añadir la capacidad de fijar el nitrógeno a otros cultivos, lo que también tendría enormes beneficios medioambientales.