Un reportaje de la BBC cubre interesantes proyectos de investigación del sector público-privado que están trabajando en modificar genéticamente cultivos agrícolas (como el maíz y la soja) para potenciar sus procesos de fotosíntesis, y de esta manera, aumentar sus rendimientos y producción alimentaria.
BBC / 19 de septiembre, 2023.- Según la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO), casi tres de cada diez personas en todo el mundo sufrieron escasez de alimentos en 2022, y más de una décima parte padecía inseguridad alimentaria grave.
Mejorar el rendimiento de las plantas es una manera de reducir el déficit, y se han producido grandes avances. Pero si bien los rendimientos del maíz, por ejemplo, se han triplicado en los últimos cien años, también lo ha hecho el uso del agua.
«Necesitamos poder aumentar la productividad sin aumentar la demanda, especialmente en términos de agua», afirma el profesor Steve Long de la Universidad de Illinois.
Un aspecto del crecimiento de las plantas que no ha experimentado una mejora significativa es la eficiencia de conversión: la eficacia con la que una planta convierte la radiación solar en biomasa a través de la fotosíntesis.
El profesor Long dice que la fotosíntesis en las variedades actuales de cultivos, como el trigo y la soja, apenas ha mejorado en décadas.
Es investigador principal y director de un proyecto llamado Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE), cuyo objetivo es modificar genéticamente las plantas para aumentar sus rendimientos mejorando su capacidad de fotosíntesis.
La eficiencia de la fotosíntesis en los cultivos agrícolas está muy por debajo del máximo teórico, pero ha sido difícil influir en ella gracias a la naturaleza compleja del proceso: hay más de 100 pasos, codificados por aún más genes, lo que da millones de permutaciones potenciales.
El profesor Long y su equipo han utilizado potentes ordenadores para construir un gemelo digital del proceso de fotosíntesis. Puede modificar ese proceso de millones de maneras.
De esos millones de opciones, el software puede identificar aquellas que realizarán las mayores mejoras.
«Luego los introdujimos en cultivos y, si eso da como resultado una mejora en el invernadero, lo llevamos a nuestro campo experimental y lo probamos en un entorno del mundo real», dice el profesor Long.
Eso ya ha tenido resultados prometedores. Los cambios en el mecanismo de la fotosíntesis en las plantas de soja han resultado en mejoras del rendimiento de más del 20% en ambientes controlados, y ahora se están llevando a cabo pruebas de campo.
[Recomendado: ¿Hackear la fotosíntesis podría ser la clave para aumentar el rendimiento de los cultivos?]
Uno de los objetivos del trabajo es modificar la forma en que las plantas responden a los cambios en los niveles de luz.
El equipo ha estado trabajando con tres genes que codifican proteínas del ciclo de las xantofilas. Esto ocurre cuando las hojas pasan de la luz a la sombra, lo que impide que la planta absorba más luz de la que puede utilizar.
Sin embargo, este proceso puede tardar varios minutos, y los cambios genéticos del proyecto RIPE significan que las plantas pueden adaptarse a los cambios en los niveles de luz más rápidamente.
Otros equipos de todo el mundo también están intentando impulsar la fotosíntesis.
Wild Bioscience, una empresa derivada de la Universidad de Oxford, está trabajando para mejorar la proporción de cada hoja que puede realizar la fotosíntesis, aumentando la expresión de un gen que se encuentra en las plantas silvestres.
El proceso implica una biología computacional sofisticada: «Lo que estamos haciendo es intentar aplicar ingeniería inversa a las mejoras naturales de la fotosíntesis que existen en la naturaleza, para que podamos copiarlas en los cultivos», dice el cofundador Ross Hendron.
A menudo, ese gen ya está presente en la planta y puede activarse en diferentes áreas.
«Podemos observar el trigo y descubrir que ese gen ya está en el genoma del trigo, pero que está en el lugar equivocado», dice Hendron. «Entonces, cuando queremos mejorar este proceso particular en esta parte de la planta, lo que tenemos que hacer es activar un interruptor y activar ese gen en esa ubicación».
[Recomendado: Imitando el metabolismo de los cactus para desarrollar plantas tolerantes a sequía]
Otro ejemplo es un gen encontrado en el maíz que ayuda a la planta a realizar lo que se conoce como fotosíntesis C4, una forma particularmente eficiente de fotosíntesis que también se encuentra en el mijo; Wild Bioscience lo ha activado en el trigo.
La empresa está trabajando en trigo, soja y maíz, y ha logrado aumentos de más del 20% en la biomasa de semillas, estando actualmente en evaluación pruebas de campo. Si todo va bien, dice Hendron, las plantas de cultivo podrían estar disponibles comercialmente alrededor de 2030 o 2031.
Tanto el proyecto RIPE como Wild BioScience se dedican a la edición de genes. Implica activar y desactivar genes mediante la eliminación de ADN, y es diferente de la modificación genética (o transgenia), que implica importar genes de otras especies.
A principios de este año, el gobierno del Reino Unido relajó la regulación de los cultivos editados genéticamente para permitir su cultivo comercial en Inglaterra.
La regulación de los cultivos editados genéticamente y transgénicos difiere de un país a otro, siendo la Unión Europea la que tiene las normas más estrictas.
Los activistas han luchado durante mucho tiempo contra la introducción de cultivos transgénicos y también se resisten a los cultivos editados genéticamente.
«Esta ciencia no comprobada ofrece sólo un alivio potencial a corto plazo de los síntomas de una industria agrícola insostenible. Mientras tanto, está desviando tiempo, inversiones y atención de soluciones reales y ya probadas», afirmó Amigos de la Tierra Europa en un informe titulado Editando la verdad.
[Recomendado: Ajuste genético en la fotosíntesis aumenta en un 20% el rendimiento en cultivo de soja]
Los investigadores del Imperial College de Londres aún no se encuentran en la etapa de realizar ninguna edición genética.
Se encuentran en las primeras etapas de la investigación si se pueden diseñar plantas para que realicen la fotosíntesis utilizando luz roja lejana de menor energía en lugar de luz visible.
«Existe potencial en algunas circunstancias, pero todavía estamos en las primeras fases de determinar cómo funciona y cuáles son los pros y los contras», afirma el profesor Bill Rutherford, del Departamento de Ciencias de la Vida.
Algunos científicos son cautelosos acerca de lo que realmente se puede lograr en términos de cultivos en el campo.
Matthew Paul, investigador principal de la institución de investigación agrícola Rothamsted Research, sugiere que aumentar la capacidad fotosintética de las hojas podría simplemente dar como resultado hojas más pequeñas, y que altas tasas de fotosíntesis podrían significar una mayor pérdida de agua, lo que significa que las plantas necesitarían más riego.
«Para que cualquier método de modificación genética o edición genética tenga un impacto generalizado, sería necesario reproducirlo en variedades cultivadas en diferentes regiones. Las sutilezas del control de la expresión y la interacción con el fondo genético de cada variedad harán que esto sea complicado», afirma.