Los fertilizantes nitrogenados utilizados en la agricultura contribuyen significativamente al calentamiento global. Un nuevo concepto de mejoramiento, específicamente para el trigo, podría ayudar a reducir la fertilización nitrogenada.
Este principio holobionte sitúa las complejas interacciones entre las plantas y los microbiomas del suelo en el centro del mejoramiento vegetal. En combinación con el aprendizaje automático, esto podría conducir al uso de nuevas variedades de trigo, así como de otros cultivos, más resilientes al cambio climático y que contribuyan a la salud del suelo.
Dos estudios recientes dirigidos por Wolfram Weckwerth de la Universidad de Viena sobre este concepto se han publicado en las revistas Plant Biotechnology y Trends in Plant Science .
Para aumentar el suministro de alimentos y piensos, la agricultura intensiva ha recurrido cada vez más a fertilizantes nitrogenados (N). Sin embargo, más de la mitad del nitrógeno aplicado anualmente a las tierras de cultivo se pierde en el aire y el agua. Estas pérdidas provocan graves problemas, como la contaminación del aire y el agua, la acidificación del suelo, el cambio climático , el agotamiento del ozono estratosférico y la pérdida de biodiversidad.
En consecuencia, reducir la pérdida de nitrógeno de las tierras de cultivo podría mejorar los rendimientos económicos al disminuir los requisitos de fertilizantes, mejorar la salud humana y los servicios ecosistémicos y contribuir a mitigar el cambio climático.
El concepto de holobionte: considerar plantas y microbios como una unidad
Weckwerth enfatiza que mejorar la resiliencia y el rendimiento de los cultivos de forma sostenible no debe centrarse únicamente en las plantas , sino también en el microbioma que rodea sus raíces y hojas. Los microbiomas del suelo también ofrecen oportunidades para mejorar la fertilidad del suelo y reducir la dependencia de fertilizantes sintéticos.
La evolución de las plantas se basa principalmente en las interacciones planta-microbio; sin embargo, la ecología del holobionte vegetal no se comprende bien a nivel molecular. No obstante, estas relaciones ofrecen enormes beneficios para la agricultura sostenible. Por lo tanto, es crucial identificar variedades de plantas que produzcan inhibidores naturales de la nitrificación, también conocidos como inhibidores biológicos de la nitrificación (BNI), que son exudados de las raíces en el suelo, afirma Weckwerth.
El trigo como forma natural de frenar la pérdida de nitrógeno
El equipo internacional investigó el potencial de diversas variedades de trigo para producir BNI que ayudan a controlar los procesos de nitrificación del suelo. Encontraron una marcada variación natural en la actividad de BNI en diferentes líneas de trigo élite.
«Nuestro análisis de los exudados radiculares, compuestos complejos liberados por el sistema radicular, muestra una variación sustancial entre los cultivares de trigo», explica Arindam Ghatak, primer autor del estudio publicado en la revista Plant Biotechnology Journal . «Estos exudados promueven o inhiben la composición específica del microbioma y permiten la selección de cepas con una actividad BNI particularmente alta».
Al cultivar estas líneas activas en BNI, los agricultores podrían reducir significativamente la necesidad de fertilizantes nitrogenados en el futuro. Este es un paso importante para mitigar la alteración del ciclo global del nitrógeno causada por el uso excesivo de fertilizantes antropogénicos.
Mejoramiento vegetal basado en datos para un futuro sostenible
Para utilizar eficazmente esta solución basada en la naturaleza, un equipo internacional de científicos del Laboratorio de Biología de Sistemas Moleculares (MOSYS) y del Laboratorio de Biología de Arqueas y Ecogenómica de la Universidad de Viena desarrollaron un novedoso concepto de reproducción.
Con el apoyo de instituciones asociadas en Grecia, Australia, India, Japón, Canadá, Estados Unidos y México, el equipo sitúa el concepto de holobionte en el centro del fitomejoramiento moderno, centrándose en las complejas interacciones entre las plantas y los microbiomas del suelo. Mediante un enfoque innovador basado en datos, la genética vegetal, los estudios del microbioma y PANOMICS se integran para generar datos de alto rendimiento.
«En combinación con algoritmos de aprendizaje automático , esto abre una prometedora plataforma de mejoramiento para desarrollar nuevas variedades de cultivos con alto potencial de BNI, mayor resiliencia al cambio climático y mejor salud del suelo «, explica Weckwerth.
El concepto de holobionte marca así un cambio de paradigma: combina ecología, biología de sistemas y tecnología de mejoramiento, al tiempo que resalta la interconexión de los ecosistemas y abre nuevos caminos hacia una agricultura eficiente en el uso de los recursos y resiliente al clima.
Más información: Arindam Ghatak et al., Variación natural del metaboloma del exudado radicular del trigo y su influencia en la actividad de inhibición biológica de la nitrificación, Plant Biotechnology Journal (2025). DOI: 10.1111/pbi.70248
Wolfram Weckwerth et al., Variación natural del holobionte para agroecosistemas sostenibles, Tendencias en la Ciencia de las Plantas (2025). DOI: 10.1016/j.tplants.2025.05.006
