Un equipo de científicos ha revelado una forma nueva y sostenible para que las plantas aumenten la absorción de dióxido de carbono (CO 2 ) para la fotosíntesis y al mismo tiempo reduzcan el uso de agua.
El avance, liderado por un equipo de científicos de plantas de la Universidad de Glasgow, se publica hoy en la revista Science . Los investigadores utilizaron un nuevo canal iónico sintético activado por luz, diseñado a partir de proteínas virales de plantas y algas, para acelerar la apertura y el cierre de los estomas (poros en las hojas de las plantas) por donde entra el dióxido de carbono ( CO₂ ) para la fotosíntesis.
Los estomas también son la principal vía de pérdida de agua para las plantas. Los intentos previos de reducir el consumo de agua mediante la manipulación de estos poros generalmente han tenido como consecuencia la absorción de CO₂ .
En consecuencia, las plantas diseñadas en Glasgow mostraron un crecimiento mejorado al tiempo que conservaban el uso de agua.
Las plantas modificadas de los científicos crecieron de manera normal y sustancialmente mejor en las condiciones de luz típicas del campo, fijando más CO2 y perdiendo menos agua a la atmósfera.
El riego de cultivos representa aproximadamente el 70% del consumo de agua dulce del planeta y su uso se ha expandido a un ritmo insostenible en las últimas tres décadas. Los científicos han buscado maneras de que las plantas crezcan con menos agua. Hasta ahora, gran parte de la investigación ha reducido el consumo de agua, pero a costa de una posible reducción de la absorción de CO₂ y del crecimiento vegetal. En general, este enfoque no es satisfactorio, dada la creciente demanda de producción agrícola de alimentos.
Esta nueva investigación ahora ofrece un enfoque diferente que puede mejorar con éxito el crecimiento sin comprometer la eficiencia en el uso del agua.
Los investigadores estudiaron la planta Arabidopsis, miembro de la familia de la mostaza. Mediante el canal iónico activado por la luz, llamado BLINK, las respuestas estomáticas de la planta se aceleraron y sincronizaron mejor al crecer bajo luz fluctuante, condiciones típicas del entorno natural (por ejemplo, cuando las nubes pasan por encima o cuando las plantas vecinas les dan sombra). Las plantas modificadas demostraron un mejor crecimiento y producción de biomasa, a la vez que conservan el agua.
El profesor John Christie, del Instituto de Biología Molecular, Celular y de Sistemas de la Universidad y coautor del estudio, afirmó: «Nuestros hallazgos demuestran la viabilidad de mejorar la eficiencia del uso del agua por parte de las plantas, a la vez que se logran avances en la asimilación fotosintética de CO2 y el crecimiento vegetal».
El profesor Mike Blatt añadió: «Los esfuerzos previos para mejorar la eficiencia del uso del agua por parte de las plantas se han centrado en reducir la densidad estomática, a pesar de la pérdida implícita de la absorción de CO₂ para la fotosíntesis. Enfoques alternativos, como el que hemos utilizado, evitan el equilibrio entre carbono y agua y podrían utilizarse para mejorar el rendimiento de los cultivos, especialmente en condiciones de escasez de agua».
La autora principal, Maria Papanatsiou, dijo: «Las plantas deben optimizar el equilibrio entre la fotosíntesis y la pérdida de agua para garantizar su crecimiento y rendimiento. Adoptamos un enfoque bien establecido utilizado en neurociencia, llamado optogenética , para equipar mejor los estomas que son esenciales para equilibrar la absorción de CO2 y la pérdida de agua» .
«Utilizamos una herramienta genética que actúa como un interruptor que permite que los estomas se sincronicen mejor con las condiciones de luz y, por lo tanto, mejoren el rendimiento de las plantas en condiciones de luz que se encuentran habitualmente en entornos agrícolas».
Más información: M. Papanatsiou et al. La manipulación optogenética de la cinética estomática mejora la asimilación de carbono, el uso del agua y el crecimiento, Science (2019). DOI: 10.1126/science.aaw0046
