Experimentos de laboratorio y de campo han demostrado repetidamente que las modificaciones en el proceso de fotosíntesis o en las características físicas de las plantas pueden hacer que los cultivos sean más resistentes a temperaturas más altas.
por la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign
Los científicos ahora pueden alterar la abundancia u orientación de las hojas, cambiar la química de las hojas para mejorar la tolerancia al calor y ajustar pasos clave en el proceso de fotosíntesis para superar los cuellos de botella, informan los investigadores en una revisión en la revista Science .
Si bien estos cambios pueden superar algunas de las pérdidas sufridas por el aumento de las temperaturas globales, no son fáciles de implementar a la escala que será necesaria para mantener al mundo alimentado, dijeron los autores.
«El tiempo transcurrido desde la identificación de un rasgo beneficioso hasta su aplicación en el campo de un agricultor es largo», afirmó Donald Ort, autor de la reseña junto con Stephen Long y Carl Bernacchi, profesores de ciencias de cultivos y biología vegetal de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. «El ciclo de mejoramiento de un rasgo convencional puede ser de 10 a 12 años».
Alterar la expresión genética en plantas mediante bioingeniería es más rápido, pero los marcos regulatorios requieren años de ensayos de laboratorio y de campo , dijo Long.
«Dado el alto costo de comercializar un rasgo bioingenierizado, es importante asegurarse de que funcione en todas partes. Se somete a numerosos ensayos de campo en múltiples ubicaciones, lo que, sumado a los costos legales, resulta muy costoso», afirmó.
Hay que demostrar que la proteína que se introduce en la planta no es tóxica y se debe elaborar un documento legislativo muy extenso para cumplir con todos los requisitos. Existen diversas estimaciones, pero la que se escucha con más frecuencia es que, para un solo rasgo transgénico, su desregulación cuesta alrededor de 115 millones de dólares y tarda más de 16 años en pasar de la invención a los sistemas de semillas.
Sin embargo, algunos enfoques alternativos utilizan la edición de ADN para aumentar la cantidad y/o expresión de genes que ya están en la planta, lo que no implica introducir ADN extraño y evita muchos de estos costos, dijo Long.
En experimentos de laboratorio y ensayos de campo, ya se han probado y validado numerosos enfoques potenciales para aumentar la resiliencia de los cultivos al estrés térmico, afirmó Long. Una intervención consiste en modificar la orientación de las hojas del dosel del cultivo —mediante fitomejoramiento o bioingeniería— para optimizar la distribución de la luz en toda la planta, aumentar la eficiencia del uso del agua y minimizar el quemado de las hojas a altas temperaturas .
Otros métodos incluyen aumentar la reflectividad de las hojas de las plantas o regular la pérdida de agua a través de los poros de las hojas de las plantas sin reducir la productividad.
«Muchos estudios se centran en la Rubisco, la proteína más abundante en nuestro planeta, y la enzima vegetal a través de la cual se asimila el dióxido de carbono en lo que se convierte en el cultivo y nuestro alimento», dijo Long.
La molécula de Rubisco y las proteínas asociadas difieren entre especies de plantas ; algunas presentan un mejor rendimiento que otras en condiciones de mayor calor y luz. Estudios de modelado indican que administrar a una planta de soja una enzima Rubisco más eficiente de otra especie mejoraría su rendimiento en condiciones de mayor calor.
Los científicos también pueden manipular la distribución de la clorofila en las hojas de las plantas para permitir que las hojas inferiores capten más luz que se filtra a través del dosel. Esto, junto con la modificación de la orientación de las hojas, aumentaría la eficiencia fotosintética y, al mismo tiempo, ayudaría a distribuir las cargas térmicas de forma más uniforme en toda la planta.
Se están explorando muchas otras líneas de investigación, pero la sincronización es crucial para superar los desafíos del cambio climático relacionados con el calor. Se prevé que los aumentos de temperatura proyectados entre 2010 y 2050 reduzcan el rendimiento de los principales cereales entre un 6 % y un 16 %, en un contexto de un posible aumento de la demanda superior al 50 % durante este período, según informan los autores.
«Existen oportunidades reales para abordar el aumento de temperatura y proteger los cultivos contra el aumento de las temperaturas en el futuro», afirmó Long. «No es imposible. Pero requerirá un esfuerzo considerable».
Los autores son afiliados del Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica, el Centro de Innovación en Bioenergía Avanzada y Bioproductos y el proyecto «Logrando una Mayor Eficiencia Fotosintética». Long y Ort son profesores eméritos de biología vegetal y ciencias de los cultivos.
Más información: Carl J. Bernacchi et al., Salvaguardando la fotosíntesis de los cultivos en un mundo en rápido calentamiento, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adv5413 . www.science.org/doi/10.1126/science.adv5413
