Científicos de la Universidad de California en Davis han desarrollado plantas de trigo que estimulan la producción de su propio fertilizante, abriendo el camino hacia una menor contaminación del aire y del agua en todo el mundo y menores costos para los agricultores.
por Trina Kleist, UC Davis
Edición de homólogos del gen CYP75B del trigo. Crédito: Plant Biotechnology Journal (2025). DOI: 10.1111/pbi.70289
La tecnología fue desarrollada por un equipo liderado por Eduardo Blumwald, distinguido profesor del Departamento de Ciencias Vegetales. El equipo utilizó la herramienta de edición genética CRISPR para que las plantas de trigo produjeran más de una de sus sustancias químicas naturales. Cuando la planta libera el exceso de sustancia química en el suelo, esta ayuda a ciertas bacterias del suelo a convertir el nitrógeno del aire en una forma que las plantas cercanas pueden utilizar para crecer. Este proceso de conversión se denomina fijación de nitrógeno .
En los países en desarrollo, este avance podría ser beneficioso para la seguridad alimentaria. El estudio se publicó en la revista Plant Biotechnology Journal .
«En África, la gente no usa fertilizantes porque no tiene dinero, y las granjas son pequeñas, de no más de seis u ocho acres», dijo Blumwald. «Imagínate que estás plantando cultivos que estimulan las bacterias del suelo para crear el fertilizante que los cultivos necesitan de forma natural. ¡Increíble! ¡Qué gran diferencia!»
El avance en el trigo se basa en el trabajo previo del equipo con el arroz. También se está investigando para extender esta tecnología a otros cereales.
A nivel mundial, el trigo es el segundo cereal más productivo y consume la mayor parte de los fertilizantes nitrogenados, utilizando aproximadamente el 18 % del total. Solo en 2020, se produjeron más de 800 millones de toneladas de fertilizantes a nivel mundial, según cifras de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO).
Pero las plantas absorben solo entre el 30 y el 50 % del nitrógeno presente en los fertilizantes. Gran parte del nitrógeno que no utilizan fluye hacia los cursos de agua, lo que puede crear «zonas muertas» carentes de oxígeno, asfixiando a los peces y otras formas de vida acuática. Un exceso de nitrógeno en el suelo produce óxido nitroso , un potente gas que contribuye al calentamiento global.
La solución alternativa: proteger al reparador
Las bacterias fijadoras de nitrógeno producen una enzima llamada nitrogenasa, el «fijador» en la fijación del nitrógeno. La nitrogenasa solo se encuentra en las bacterias y solo puede actuar en entornos con muy poco oxígeno.
Las legumbres, como los frijoles y los guisantes, tienen estructuras radiculares, llamadas nódulos, que proporcionan un hogar acogedor y con poco oxígeno donde pueden vivir las bacterias fijadoras de nitrógeno .
A diferencia de las legumbres, el trigo y la mayoría de las demás plantas no tienen nódulos radiculares . Por eso, los agricultores utilizan fertilizantes nitrogenados.
Durante décadas, los científicos han intentado desarrollar cultivos de cereales que produzcan nódulos radiculares activos o colonizar cereales con bacterias fijadoras de nitrógeno, sin mucho éxito. Nosotros utilizamos un enfoque diferente —dijo Blumwald—. Dijimos que la ubicación de las bacterias fijadoras de nitrógeno no es importante, siempre que el nitrógeno fijado pueda llegar a la planta y esta pueda utilizarlo.
Para encontrar una solución alternativa, el equipo analizó primero 2800 sustancias químicas que las plantas producen de forma natural. Encontraron 20 que, entre otras funciones útiles para la planta, también estimulan la producción de biopelículas bacterianas. Las biopelículas son una capa pegajosa que rodea a las bacterias y crea un ambiente con bajo contenido de oxígeno, lo que permite el funcionamiento de la nitrogenasa. Los científicos determinaron cómo la planta produce estas sustancias químicas y qué genes controlan dicho proceso.
Luego, el equipo utilizó la herramienta de edición genética CRISPR para modificar las plantas de trigo y que produjeran más de una de esas sustancias químicas, una flavona llamada apigenina. El trigo, ahora con más apigenina de la que necesita, libera el exceso a través de sus raíces al suelo. En los experimentos que realizaron, la apigenina del trigo estimuló a las bacterias del suelo a crear biopelículas protectoras, lo que permitió que la nitrogenasa fijara el nitrógeno y que las plantas de trigo lo asimilaran.
El trigo también mostró un rendimiento mayor que las plantas de control cuando se cultivó en una concentración muy baja de fertilizante nitrogenado.
Los agricultores podrían ahorrar miles de millones
Los agricultores estadounidenses gastaron casi 36 000 millones de dólares en fertilizantes en 2023, según estimaciones del Departamento de Agricultura de EE. UU. Blumwald calcula que casi 500 millones de acres en EE. UU. están sembrados con cereales.
«Imagínense si pudieran ahorrar el 10% de la cantidad de fertilizante que se usa en ese terreno», reflexionó. «Hago un cálculo conservador: eso debería suponer un ahorro de más de mil millones de dólares al año».
Más información: Hiromi Tajima et al., El aumento de apigenina en trigo hexaploide editado con ADN promovió la fijación bacteriana del nitrógeno en el suelo y mejoró el rendimiento de grano con fertilizantes nitrogenados limitados, Plant Biotechnology Journal (2025). DOI: 10.1111/pbi.70289
