Un equipo de la Universidad de Illinois ha modificado genéticamente la ruta fotosintética de las papas para que sean más resistentes a las altas temperaturas, mostrando un aumento del 30% en la masa de los tubérculos en condiciones de olas de calor, manteniendo las propiedades nutricionales sin problemas.
University of Illinois at Urbana-Champaign / 4 de diciembre, 2024.- Un equipo de la Universidad de Illinois ha diseñado papas más resistentes a las altas temperaturas, mostrando un aumento del 30% en la masa de los tubérculos en condiciones de olas de calor. Esta adaptación puede proporcionar una mayor seguridad alimentaria a las familias que dependen de las papas, ya que estas son a menudo las mismas áreas donde el cambio climático ya ha afectado a múltiples temporadas de cultivo.
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«Necesitamos producir cultivos que puedan soportar olas de calor más frecuentes e intensas si queremos satisfacer la necesidad de alimentos de la población en las regiones con mayor riesgo de reducción de los rendimientos debido al calentamiento global», dijo Katherine Meacham-Hensold, directora del proyecto científico del proyecto RIPE (Realizing Increased Photosynthetic Efficiency) en Illinois.
«El aumento del 30% en la masa de los tubérculos observado en nuestros ensayos de campo muestra la promesa de mejorar la fotosíntesis para permitir cultivos preparados para el clima».
Meacham-Hensold dirigió este trabajo para RIPE, un proyecto de investigación internacional que tiene como objetivo aumentar el acceso mundial a los alimentos mediante el desarrollo de cultivos alimentarios que conviertan la energía del sol en alimentos de manera más eficiente.
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El desafío
La fotorrespiración es un proceso fotosintético que, según se ha demostrado, reduce el rendimiento de los cultivos de soja, arroz y hortalizas hasta en un 40 %. La fotorrespiración se produce cuando la enzima Rubisco reacciona con una molécula de oxígeno en lugar de CO2, lo que ocurre alrededor del 25 % del tiempo en condiciones ideales, pero con mayor frecuencia a altas temperaturas.
Las plantas deben utilizar una gran cantidad de energía para metabolizar el subproducto tóxico causado por la fotorrespiración (glicolato). Energía que podría haberse utilizado para un mayor crecimiento.
«La fotorrespiración supone un gran coste energético para la planta», afirma Meacham-Hensold. «Reduce la producción de alimentos, ya que la energía se desvía para metabolizar la toxina. Nuestro objetivo era reducir la cantidad de energía desperdiciada evitando la vía fotorrespiratoria original de la planta».
Los miembros anteriores del equipo RIPE habían demostrado que añadiendo dos nuevos genes, la glicolato deshidrogenasa y la malato sintasa, para modelar las vías de las plantas, podían mejorar la eficiencia fotosintética. La nueva genética metabolizaría la toxina (glicolato) en el cloroplasto, el compartimento de la hoja responsable de la fotosíntesis, en lugar de tener que moverla a través de otras regiones de la célula.
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La solución
Estos ahorros de energía impulsaron ganancias de crecimiento en el cultivo modelo, que el equipo actual esperaba que se tradujeran en un aumento de masa en su cultivo alimentario. No solo vieron una diferencia, sino que los beneficios, publicados en Global Change Biology, se triplicaron en condiciones de olas de calor, que se están volviendo más frecuentes e intensas a medida que avanza el calentamiento global.
Tres semanas después de la temporada de campo de 2022, mientras las papas todavía estaban en su fase temprana de crecimiento vegetativo, una ola de calor mantuvo las temperaturas por encima de los 35 °C durante cuatro días seguidos, superando los 38 °C dos veces. Después de un par de días de respiro, las temperaturas volvieron a dispararse cerca de los 38 °C.
En lugar de marchitarse con el calor, las papas modificadas produjeron un 30% más de tubérculos que las papas del grupo control (no modificadas), aprovechando al máximo su mayor tolerancia térmica de la eficiencia fotosintética.
«Otra característica importante de este estudio fue la demostración de que nuestra ingeniería genética de la fotosíntesis que produjo estos aumentos de rendimiento no tuvo impacto en la calidad nutricional de la papa«, dijo Don Ort, profesor Robert Emerson de Biología Vegetal y Ciencias de los Cultivos y subdirector del proyecto RIPE.
«La seguridad alimentaria no se trata sólo de la cantidad de calorías que se pueden producir, sino que también debemos considerar la calidad de los alimentos».
Se necesitan ensayos de campo en múltiples lugares para confirmar los hallazgos del equipo en entornos variados, pero los resultados alentadores en las papas podrían significar que se podrían lograr resultados similares en otros cultivos de tubérculos de raíz como la mandioca, un alimento básico en los países del África subsahariana que se espera que se vean muy afectados por el aumento de las temperaturas globales.