El nitrógeno es un nutriente vital para las plantas de papa, esencial para su crecimiento y altos rendimientos. Sin embargo, el uso excesivo de fertilizantes nitrogenados puede dañar el medio ambiente, contaminar las fuentes de agua y aumentar los costos agrícolas. Para abordar estos problemas, los científicos están trabajando para comprender cómo las papas utilizan el nitrógeno de manera más eficiente, con el objetivo de desarrollar variedades que requieran menos fertilizantes y mantengan o aumenten los rendimientos.
La papa es el tercer alimento básico más importante a nivel mundial después del arroz y el trigo y se considera el cultivo alimentario no cerealista más importante. Los tubérculos de patata son ricos en carbohidratos, vitaminas, minerales y proteínas. Además, aportan grandes cantidades de materia seca y calorías por unidad de superficie y tiempo, lo que las convierte en una excelente fuente de energía y nutrientes esenciales.
En 2022, el consumo mundial de fertilizantes químicos aumentó a 187,92 millones de toneladas, y los fertilizantes nitrogenados (N) representaron aproximadamente el 58 por ciento del total.
Dado que las patatas son cultivos especialmente intensivos en nitrógeno, requieren más fertilizantes nitrogenados que otros tipos de fertilizantes. En el norte de la India, por ejemplo, los agricultores aplican altas dosis de fertilizantes nitrogenados, que van de 180 a 280 kg por hectárea, para lograr rendimientos de tubérculos de 40 a 50 toneladas por hectárea.
Sin embargo, las plantas sólo absorben entre el 40 y el 50 por ciento del nitrógeno aplicado, lo que significa que gran parte del mismo se pierde en el medio ambiente. El uso excesivo de fertilizantes nitrogenados puede provocar la lixiviación de nitratos y emisiones de gases de efecto invernadero, que contribuyen a la degradación del suelo, problemas de salud humana y contaminación del aire y del agua. Por lo tanto, es esencial reducir el uso de fertilizantes nitrogenados y mejorar su eficacia para proteger el medio ambiente.
Un estudio de investigación reciente realizado por el Consejo Indio de Investigación Agrícola (ICAR), Instituto Central de Investigación de la Papa (CPRI), Shimla, Himachal Pradesh, en colaboración con colegas del Instituto Indio de Investigación de Vegetales, Varanasi, Uttar Pradesh, India, se centró en dos variedades de papa: Kufri Jyoti, que es menos eficiente en el uso de nitrógeno, y Kufri Pukhraj, que es más eficiente.
Los investigadores cultivaron estas variedades en condiciones controladas utilizando un sistema aeropónico, que permite que las plantas crezcan en el aire mientras sus raíces están expuestas a una solución nutritiva en forma de niebla. Probaron dos niveles de nitrógeno: bajo (0,5 mM) y alto (5 mM).
Durante dos años, el equipo observó que Kufri Pukhraj producía consistentemente mayores rendimientos, especialmente con bajas tasas de aplicación de nitrógeno, lo que indica una eficiencia superior en el uso del nitrógeno. Para comprender la base genética de esta eficacia, los investigadores realizaron un análisis del transcriptoma. Este método estudia la expresión genética en tejidos vegetales como hojas y tubérculos en diferentes condiciones. Los científicos obtuvieron datos de alta calidad, lo que garantiza la fiabilidad de sus conclusiones.
Al comparar la expresión genética entre las dos variedades de papa, el estudio identificó varios genes que eran más activos (regulados positivamente) o menos activos (regulados negativamente) en las dos variedades. Estos genes están involucrados en una variedad de procesos biológicos, incluido el transporte de nitrógeno, la regulación del agua y la síntesis de moléculas importantes como aminoácidos y azúcares.
El estudio se basa en trabajos anteriores que han destacado la importancia del nitrógeno para el crecimiento de la papa y han demostrado que los diferentes tejidos de la papa responden de manera diferente a diferentes niveles de nitrógeno, identificando genes específicos que ayudan a las plantas a lidiar con el estrés por nitrógeno. Un estudio también descubrió que los microARN, pequeños reguladores genéticos, influyen en el metabolismo del nitrógeno en las patatas.
Al combinar estos resultados, los investigadores indios han proporcionado una comprensión más completa de los mecanismos genéticos que permiten que algunas variedades de papa utilicen el nitrógeno de manera más eficiente. Uno de los descubrimientos clave en las investigaciones recientes ha sido la identificación de genes como la glutaredoxina, que ayuda a controlar el estrés oxidativo, y varios factores de transcripción como BTB/POZ, AP2/ERF y MYB, que regulan otros genes implicados en el crecimiento y las respuestas al estrés.
Los científicos también identificaron genes asociados con transportadores de nitrógeno y proteínas que facilitan el movimiento del agua dentro de la planta, lo cual es fundamental para mantener la salud y la productividad de la planta bajo niveles variables de nitrógeno. Además, los investigadores identificaron varios genes que eran particularmente activos en Kufri Pukhraj bajo limitación de nitrógeno. Entre ellos se encuentran el inhibidor de la cisteína proteasa 1, la miraculina, la esterol desaturasa y la pectinesterasa. Es probable que estos genes desempeñen un papel en la optimización del crecimiento de las plantas y la producción de tubérculos incluso con deficiencia de nitrógeno, lo que convierte a Kufri Pukhraj en una variedad valiosa para la agricultura sostenible.
Los métodos utilizados en este estudio, como la reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa en tiempo real (RT-qPCR), fueron necesarios para validar los datos de expresión genética. Este paso garantizó que los genes identificados realmente promuevan la eficiencia en el uso del nitrógeno y un alto rendimiento de tubérculos. Al centrarse en los tejidos de las hojas y los tubérculos, los investigadores pudieron vincular los patrones de expresión genética con el rendimiento real de las plantas, lo que proporcionó información real para los programas de mejoramiento de la papa.
Este estudio no sólo refuerza hallazgos anteriores sobre la base genética del metabolismo del nitrógeno en las patatas, sino que también los amplía al identificar genes específicos que pueden utilizarse para mejorar la eficiencia en el uso del nitrógeno.
Al comprender qué genes están involucrados y cómo funcionan, los criadores pueden desarrollar nuevas variedades de papa que requieran menos fertilizantes nitrogenados. De este modo, esta investigación del Consejo Indio de Investigación Agrícola no sólo beneficia a los agricultores al reducir los requisitos y los costos de fertilizantes, sino que también contribuye a objetivos más amplios de seguridad alimentaria y ambiental.
Fuente y foto: journals.plos.org.
La fotografía muestra las características fenotípicas de las variedades de papa Kufri Jyoti y Kufri Pukhraj en condiciones de alto N (5 mM) y bajo N (0,5 mM) bajo aeroponía. La flecha indica la formación de tubérculos en estas variedades de papa.
