Un grupo de científicos españoles ha logrado avances significativos en la mejora del arroz. Su descubrimiento representa un paso importante hacia el desarrollo de cultivos capaces de autofijar nitrógeno, lo que reducirá significativamente la necesidad del uso de fertilizantes.
Los investigadores también explicaron la dificultad de crear cereales biofijados.
Investigadores del Centro de Biotecnología y Genómica Vegetal (CBGP, UPM-INIA), en colaboración con la Universidad Agrotecnio de Lleida y el Instituto Catalán de Investigación y Estudios Avanzados (ICREA), han conseguido obtener los primeros cereales transgénicos que expresan dos componentes que son clave para la nitrogenasa, una enzima que fija el nitrógeno atmosférico, convirtiéndolo en amoníaco. Este es el arroz, un cultivo importante y la principal fuente de calorías para más de 2.500 millones de personas en los países en desarrollo.
Cada componente se ha producido en diferentes líneas de plantas transgénicas y ahora se ha demostrado que es biológicamente activo in vitro o en plantas vivas.
Estas plantas transgénicas aún no pueden fijar su propio nitrógeno porque se necesitan componentes adicionales para restaurar la enzima nitrogenasa completa, pero el trabajo es innovador ya que muestra por primera vez que es posible expresar estas proteínas altamente sensibles al oxígeno en un forma estable en las plantas, y que una y las mismas proteínas conservan su actividad.
Las plantas necesitan nitrógeno para crecer y producir cultivos. El nitrógeno es uno de los principales componentes del ADN, las proteínas, la clorofila y las moléculas de almacenamiento de energía como el trifosfato de adenosina (ATP). La mayoría de los cultivos dependen del suministro de nitratos y amonio de los fertilizantes sintéticos industriales; sin embargo, más de la mitad de los fertilizantes minerales no se absorben, se filtran en ríos y lagos y los contaminan.
Las legumbres, como los guisantes y los frijoles, contienen bacterias que convierten el gas nitrógeno directamente en amoníaco mediante una enzima llamada nitrogenasa. Este proceso se conoce como fijación biológica de nitrógeno.
La introducción de genes de nitrogenasa en plantas cultivadas proporcionará el mecanismo necesario para la fijación independiente de nitrógeno. Pero este proceso es extremadamente complejo, ya que se requieren muchas proteínas individuales diferentes, no solo como componentes estructurales directos de la nitrogenasa, sino también como proteínas auxiliares necesarias para su ensamblaje y suministro de energía. Además, los principales componentes proteicos son extremadamente sensibles al oxígeno.
Los investigadores superaron este cuello de botella crítico al producir dinitrogenasa reductasa funcional (proteína Fe, NifH) y cofactor de nitrogenasa madurasa (NifB) por separado en líneas de arroz transgénico. Los estudios de expresión de nitrogenasa generalmente se llevan a cabo en plantas modelo de laboratorio, pero aquí se toma el arroz en vista de su importancia para más de 2.500 millones de personas en países en desarrollo, por lo que la importancia y el impacto de los resultados del estudio en la seguridad alimentaria mundial aumentan considerablemente.
El investigador principal del proyecto, el Dr. B. Louis Rubio, dijo: “Este es un gran avance en la bioingeniería que elimina dos obstáculos técnicos y señala el camino hacia los granos fijadores de nitrógeno. El logro elimina una de las principales barreras para la fijación biológica de nitrógeno en los cultivos y sienta las bases para el ensamblaje de un complejo de nitrogenasa completo y funcional en las plantas”.
El trabajo ha sido publicado en dos revistas científicas influyentes, Communications Biology y la American Chemical Society Synthetic Biology, y es parte de un programa de investigación financiado por una subvención de la Fundación Bill & Melinda Gates para el Dr. B. Louis Rubio.
(Fuente: www.cbgp.upm.es.)
