Los fertilizantes nitrogenados (aplicados como nitrato, NO3-, o amonio, NH4+) mejoran la cantidad de grano producido por acre, pero la escorrentía y volatilización del nitrógeno contaminan el agua y el aire.
por la Sociedad Americana de Biólogos de Plantas
La producción de fertilizantes nitrogenados también utiliza combustibles fósiles. Los principales cultivos de granos (como el arroz y el trigo) utilizan solo alrededor del 40% del fertilizante aplicado; el resto se pierde en el aire, el agua y los microbios del suelo. La aplicación de fertilizantes nitrogenados retrasa la floración, dejando a los cultivos vulnerables al clima frío de finales de temporada, que puede perjudicar el llenado del grano. Los rasgos que aumentan la cantidad de grano producido por las plantas y permiten que el cultivo de granos madure temprano mejorarán los rendimientos y también son importantes para los sistemas de cultivo doble/triple y para aumentar la distribución geográfica del arroz en regiones de mayor latitud. Aunque estos rasgos resultarán valiosos para los cultivos de granos, los fitomejoradores han tenido poco éxito en esta área.
Ahora, trabajos recientes en el cultivo básico clave del arroz (Oryza sativa) identificaron un transportador de nitrato (NRT) que puede proporcionar una solución al problema del uso de nitrógeno/floración. En la planta, diferentes NRT mueven el nitrógeno del suelo a las raíces y mueven los compuestos de nitrógeno a través de la planta. Algunos NRT también detectan los niveles de nitrógeno y desencadenan respuestas. Un estudio de Wang et al., publicado en The Plant Cell , mostró que el arroz OsNRT1.1A puede afectar tanto el uso de nitrógeno como el tiempo de floración. Las líneas mutantes que carecen de este transportador mostraron una utilización disminuida de nitrato y amonio. Los mutantes mostraron una menor inducción de genes relacionados con la absorción y el transporte de nitrato y amoníaco; esto indicó que OsNRT1.1A actúa como transportador y sensor de nitrógeno en las plantas . Curiosamente, los mutantes produjeron un 80% menos de grano que el arroz regular y florecieron más tarde.
Para mejorar el rendimiento y el tiempo de floración, los autores crearon líneas de arroz que produjeron más OsNRT1.1A. Las plantas con sobreexpresión de OsNRT1.1A crecieron más altas, fueron más verdes y produjeron más biomasa, en comparación con el arroz convencional cultivado con la misma cantidad de nitrógeno. Estas plantas también extrajeron más nitrato y amonio del medio en experimentos hidropónicos. En ensayos de campo de varios años, las plantas con sobreexpresión de OsNRT1.1A mostraron una mejora en el rendimiento de más del 30% (y hasta el 60%) en campos con niveles altos y bajos de fertilización nitrogenada . Además, estas plantas florecieron una o dos semanas antes que las plantas de arroz de control .
El autor correspondiente, Chengcai Chu, afirma: «Durante aproximadamente 100 años, el uso de fertilizantes nitrogenados ha sido uno de los factores más eficaces para mejorar el rendimiento de los cultivos. Se estima que, anualmente, se utilizan más de 120 millones de toneladas de nitrógeno como fertilizante en todo el mundo, lo que contribuye en gran medida a la contaminación por nitrógeno. La aplicación de N en dosis altas también conlleva efectos perjudiciales para los cultivos , como el retraso en la floración y, por consiguiente, la prolongación de los tiempos de maduración. OsNRT1.1A podría ofrecer una solución al conflicto entre el aumento de la nutrición con N y la maduración temprana, que son las dos características más deseables para la producción agrícola».
Curiosamente, la sobreexpresión de este NRT en una especie de gramínea también mejoró el rendimiento de las semillas y el uso de nitrógeno en una planta de hoja ancha, la dicotiledónea modelo Arabidopsis. Estos prometedores resultados, demostrados en el laboratorio y validados durante varios años y en diversas ubicaciones de campo, indican que la manipulación de la expresión de OsNRT1.1A tiene el potencial de aumentar el rendimiento y acelerar la floración, dos de las características más importantes buscadas en los esfuerzos de fitomejoramiento en numerosas especies de cultivos.
Más información: Wang, W., Hu, B., Yuan, D., Liu, Y., Che, R., Hu. Y., Ou, S., Zhihua Zhang, Z., Wang, H., Li, H., Jiang, Z., Zhang, Z., Gao, X., Qiu, Y., Meng, X. Liu, Y., Bai, Y., Liang, Y., Wang, Y., Zhang, L., Li, L., Sodmergen, Jing, H., Li, J., y Chu, C. (2018). La expresión del gen transportador de nitrato OsNRT1.1A/OsNPF6.3 confiere alto rendimiento y maduración temprana en arroz. Plant Cell , DOI: 10.1105/tpc.17.00809
