El Dr. Eduardo Blumwald (derecha) y el Dr. Akhilesh Yadav, y otros miembros de su equipo en la Universidad de California, Davis, modificaron el arroz para estimular a las bacterias del suelo a producir más nitrógeno que las plantas pueden usar. [Trina Kleist/UC Davis]
Los investigadores utilizaron CRISPR para modificar el arroz y estimular a las bacterias del suelo a fijar el nitrógeno necesario para su crecimiento. Los hallazgos podrían reducir la cantidad de fertilizantes nitrogenados necesarios para los cultivos, ahorrando a los agricultores estadounidenses miles de millones de dólares cada año y beneficiando al medio ambiente al reducir la contaminación por nitrógeno.
"Las plantas son increíbles fábricas de productos químicos", afirmó el Dr. Eduardo Blumwald, distinguido profesor de ciencias vegetales en la Universidad de California, Davis, quien dirigió el estudio. Su equipo utilizó CRISPR para mejorar la descomposición de la apigenina en el arroz. Descubrieron que la apigenina y otros compuestos provocan la fijación bacteriana de nitrógeno.
Su trabajo fue publicado en la revista Plant Biotechnology (“La modificación genética de la biosíntesis de flavonoides del arroz mejora la formación de biopelículas y la fijación biológica de nitrógeno por las bacterias fijadoras de nitrógeno del suelo”).
El nitrógeno es esencial para el crecimiento de las plantas, pero las plantas no pueden convertir directamente el nitrógeno del aire en una forma que puedan utilizar. En cambio, las plantas dependen de la absorción de nitrógeno inorgánico, como el amoníaco, producido por las bacterias del suelo. La producción agrícola se basa en el uso de fertilizantes que contienen nitrógeno para aumentar la productividad de las plantas.
"Si las plantas pueden producir sustancias químicas que permitan a las bacterias del suelo fijar el nitrógeno atmosférico, podemos diseñar plantas para que produzcan más de estas sustancias químicas", dijo. "Estos productos químicos alientan a las bacterias del suelo a fijar nitrógeno y las plantas utilizan el amonio resultante, reduciendo así la necesidad de fertilizantes químicos".
El equipo de Broomwald utilizó análisis químicos y genómica para identificar compuestos en las plantas de arroz (apigenina y otros flavonoides) que mejoran la actividad fijadora de nitrógeno de las bacterias.
Luego identificaron vías para producir las sustancias químicas y utilizaron la tecnología de edición de genes CRISPR para aumentar la producción de compuestos que estimulan la formación de biopelículas. Estas biopelículas contienen bacterias que mejoran la transformación del nitrógeno. Como resultado, aumenta la actividad fijadora de nitrógeno de las bacterias y aumenta la cantidad de amonio disponible para la planta.
"Las plantas de arroz mejoradas mostraron un mayor rendimiento de grano cuando se cultivaron en condiciones de suelo limitado en nitrógeno", escribieron los investigadores en el artículo. “Nuestros resultados respaldan la manipulación de la vía de biosíntesis de flavonoides como una forma de inducir la fijación biológica de nitrógeno en los cereales y reducir el contenido de nitrógeno inorgánico. Uso de fertilizantes. Estrategias reales”.
Otras plantas también pueden utilizar esta ruta. La Universidad de California ha solicitado una patente para esta tecnología y actualmente la está esperando. La investigación fue financiada por la Fundación Will W. Lester. Además, Bayer CropScience apoya la investigación adicional sobre este tema.
"Los fertilizantes nitrogenados son muy, muy caros", afirmó Blumwald. “Todo lo que pueda eliminar esos costos es importante. Por un lado, es una cuestión de dinero, pero el nitrógeno también tiene efectos perjudiciales para el medio ambiente”.
La mayoría de los fertilizantes aplicados se pierden y se filtran al suelo y al agua subterránea. El descubrimiento de Blumwald podría ayudar a proteger el medio ambiente al reducir la contaminación por nitrógeno. "Esto podría proporcionar una práctica agrícola alternativa sostenible que reduciría el uso de exceso de fertilizantes nitrogenados", dijo.