Un equipo de científicos internacionales ha identificado por primera vez un “interruptor” genético que detiene el proceso mediante el cual las leguminosas convierten el nitrógeno atmosférico en nutrientes.
Las legumbres, como los frijoles, los guisantes y las lentejas, son únicas entre los cultivos por su capacidad de interactuar con las bacterias del suelo para convertir o “fijar” el nitrógeno en una forma utilizable de nutrientes. Sin embargo, este proceso biológico que requiere mucho consumo de energía se reduce cuando el nitrógeno ya es abundante en el suelo, ya sea a través de procesos naturales o mediante la aplicación de fertilizantes sintéticos.
El último descubrimiento del regulador genético que desactiva la fijación de nitrógeno cuando los niveles de nitrato en el suelo son altos permitió a los científicos eliminar el gen en leguminosas modelo , asegurando que siguieran fijando nitrógeno independientemente del entorno del suelo.
Aumentar la capacidad biológica de las legumbres para fijar nitrógeno podría ayudar a incrementar el crecimiento y el rendimiento de los cultivos, reduciendo al mismo tiempo la necesidad de fertilizantes sintéticos, que contribuyen a la huella ambiental de la agricultura.
Los resultados de la investigación, que se llevó a cabo como parte del proyecto internacional Enabling Nutrient Symbioses in Agriculture (ENSA), se publicaron en Nature .
“Desde una perspectiva agrícola, la fijación continua de nitrógeno podría ser una característica beneficiosa que aumenta la disponibilidad de nitrógeno, tanto para la leguminosa como para cultivos futuros que dependen del nitrógeno que queda en el suelo después de que se cultivan las leguminosas”, dijo el autor principal, el Dr. Dugald Reid. , profesor de la Universidad La Trobe y líder del grupo de investigación del Instituto La Trobe para la Agricultura y la Alimentación Sostenibles (LISAF) y del Departamento de Ciencia Animal, Vegetal y del Suelo, e investigador de ENSA.
“Esto ayuda a sentar las bases para futuras investigaciones que nos proporcionen nuevas formas de gestionar nuestros sistemas agrícolas para reducir el uso de fertilizantes nitrogenados, aumentar los ingresos agrícolas y reducir el impacto del uso de fertilizantes nitrogenados en el medio ambiente”.
El equipo descubrió el regulador conocido como “Fijación bajo nitrato” (FUN) después de examinar 150.000 plantas leguminosas individuales en las que se habían eliminado genes para identificar cómo las plantas controlan el cambio de la fijación de nitrógeno a la absorción de nitrógeno del suelo.
Se descubrió que FUN, que es un tipo de gen conocido como factor de transcripción y que controla los niveles de otros genes, está presente en las legumbres independientemente de si estaba activo o inactivo y de los niveles de nitrógeno.
“Como parte del estudio, diseñamos un análisis genético para miles de plantas en invernaderos para identificar los genes que conectan los desencadenantes ambientales con las señales biológicas”, dijo el Dr. Jieshun Lin, coautor del artículo e investigador de ENSA.
“Al aumentar los niveles de nitrato disponibles para la leguminosa modelo, pudimos identificar aquellas con regulación de fijación de nitrógeno deteriorada y descubrir el mutante FUN”.
Luego, el equipo utilizó una combinación de bioquímica, estudios de expresión genética y microscopía para descubrir que FUN se forma en largos filamentos de proteína cuando está inactivo.
Esto llevó al descubrimiento secundario de que los niveles de zinc desempeñan un papel en hacer que FUN se active y detenga la fijación de nitrógeno.
“Descubrimos que cambiar el nitrógeno del suelo altera los niveles de zinc en la planta. El zinc no se había relacionado previamente con la regulación de la fijación de nitrógeno, pero nuestro estudio encontró que un cambio en los niveles de zinc a su vez activa FUN, que luego controla una gran cantidad de de genes que inhiben la fijación de nitrógeno”, afirmó el Dr. Kasper Andersen, coautor e investigador de ENSA.
“Por lo tanto, eliminar FUN crea una condición en la que la planta ya no bloquea la fijación de nitrógeno “.
El estudio fue dirigido por científicos de la Universidad La Trobe, Australia y la Universidad de Aarhus, Dinamarca, e implicó colaboraciones con la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón (ESRF), el Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas, España y la Universidad Politécnica de Madrid (UPM).
Los investigadores ahora están investigando cómo se comportan los cultivos de leguminosas comunes, como la soja y el caupí, cuando pierden actividad DIVERTIDA.
Más información: Dugald Reid, El zinc media el control de la fijación de nitrógeno mediante la filamentación del factor de transcripción, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07607-6 . www.nature.com/articles/s41586-024-07607-6
