Investigadores de la Universidad de Oxford, la Universidad Agrícola de Nanjing y el Instituto de Genética y Biología del Desarrollo (Academia China de Ciencias) finalmente han identificado el regulador clave en las plantas que equilibra el crecimiento de raíces y brotes cuando los nutrientes son limitados.
En ensayos de campo, las plantas de arroz con una versión mejorada del gen experimentaron aumentos de rendimiento de hasta un 24 %. Este avance, publicado hoy (26 de febrero) en la revista Science , podría mejorar el rendimiento global de los cultivos y, al mismo tiempo, reducir la dependencia de fertilizantes sintéticos.
Los fertilizantes nitrogenados son esenciales para la agricultura moderna, pero resultan costosos para el medio ambiente, contribuyendo a las emisiones de gases de efecto invernadero, la contaminación del agua y la degradación del suelo. Los cultivos suelen responder a la deficiencia de nitrógeno invirtiendo más en el crecimiento de las raíces para obtener nutrientes, a menudo en detrimento del desarrollo de los brotes y la producción de grano. Si bien es adaptativo en la naturaleza, esta desventaja limita la productividad agrícola.
Hasta ahora, se desconocía el factor molecular que impulsa este cambio en el desarrollo. En el nuevo estudio, los investigadores no solo identificaron el gen responsable, sino que demostraron que manipularlo en el arroz puede mantener el crecimiento de los brotes y el rendimiento incluso con niveles bajos de nitrógeno.
En experimentos controlados de invernadero y de campo, los investigadores demostraron que las plantas de arroz que carecían de una versión funcional del gen WRINKLED1a perdían la capacidad de invertir más en el crecimiento radicular en condiciones de bajo nitrógeno y presentaban un crecimiento de brotes reducido en condiciones de abundancia de nitrógeno. Por el contrario, las plantas modificadas genéticamente para sobreexpresar el gen mostraron un crecimiento más fuerte tanto en raíces como en brotes, así como una proporción de raíces a brotes más constante al variar los niveles de nitrógeno externo.
Tras analizar más de 3000 cultivares de arroz, el equipo identificó una versión natural del gen con mayor expresión y la cruzó con plantas de arroz portadoras de una versión más débil. En tres ensayos de campo realizados en las provincias de Hainan y Anhui (China), las plantas de arroz con este alelo mejorado mantuvieron una relación raíz-brote más estable en diferentes condiciones de nitrógeno y obtuvieron mayores rendimientos con bajos aportes de fertilizantes. Esto resultó en un aumento del 23,7 % en el rendimiento con una aplicación baja de fertilizantes nitrogenados (120 kg/ha) y del 19,9 % con una aplicación alta de fertilizantes (300 kg/ha).
El autor correspondiente, el Dr. Zhe Ji (Departamento de Biología, Universidad de Oxford y Centro de Investigación Calleva), afirmó: «Nuestro estudio demuestra claramente que este regulador es un objetivo prometedor para la mejora sostenible de los cultivos. Fue extraordinario observar la diferencia que la versión mejorada del gen tuvo en el rendimiento del arroz durante nuestros ensayos de campo».
El equipo demostró que WRINKLED1a desempeña funciones distintas en el brote y la raíz. En el brote, actúa como activador, activando un gen regulador clave (NGR5) que promueve la ramificación del brote. En las raíces, WRINKLED1a activa genes implicados en la absorción de nitrógeno. También interrumpe la formación de un complejo proteico que normalmente detiene la acumulación de auxina, una hormona vegetal que promueve el crecimiento radicular. Curiosamente, WRINKLED1a no interrumpe este complejo proteico en el brote, lo que demuestra que sus funciones son específicas de cada tejido.
El arroz es el cultivo básico de más de la mitad de la población mundial; sin embargo, las cosechas mundiales se ven amenazadas por el cambio climático . Estudios indican que cada aumento de 1 °C durante la temporada de cultivo del arroz puede reducir la producción en más de un 8 % . Los fertilizantes nitrogenados representan uno de los mayores costos de insumos para la producción de arroz ( aproximadamente un tercio de los costos totales de producción para algunos agricultores ) y su uso contribuye al cambio climático. Al permitir a los agricultores mantener altos rendimientos y, al mismo tiempo, reducir su dependencia de los fertilizantes, estos nuevos resultados podrían tener un impacto significativo en la seguridad alimentaria mundial.
El autor principal, el Dr. Shan Li (Universidad Agrícola de Nanjing, China), añadió: «WRINKLED1a ayuda al arroz a evitar la típica desventaja de «más raíces, menos brotes» bajo la limitación de nitrógeno, lo que favorece la estabilidad de los rendimientos con menores aportes de nitrógeno. El siguiente paso es investigar si se pueden aprovechar genes homólogos en otros cultivos, como el trigo y el maíz, para lograr resultados similares».
Detalles de la publicación
OsWRI1a coordina las respuestas del crecimiento sistémico a la disponibilidad de nitrógeno en el arroz, Science (2026). DOI: 10.1126/science.aeb8384
