La ‘Revolución Verde’ surgida a fines del siglo XX vio incrementos fenomenales año tras año en los rendimientos globales en cultivos de arroz y otros cereales. La clave estuvo en el desarrollo de las nuevas variedades enanas (GRV) con gran potencial de rendimiento y el mayor uso de fertilizantes. Estas variedades hoy siguen vigentes.

El rasgo sobresalientes de las GRV está en el mayor número de macollos que tiene cada planta, que a su vez aumenta con mayores dosis de fertilizantes nitrogenados, lo que finalmente se traduce en mayor rendimiento de granos por unidad de superficie. Sin embargo, los fertilizantes son costosos para los agricultores y son una fuente de emisiones de gases de efecto invernadero. Desarrollar nuevos GRV que combinen un mayor número de macollos y por consiguiente mayor rendimiento en grano con un uso reducido de nitrógeno es, por lo tanto, un objetivo urgente de agricultura sostenible global.

Un nuevo estudio importante, publicado días atrás en la portada de la revista Science, dirigido por el profesor Xiangdong Fu del Instituto de Genética y Biología del Desarrollo de la Academia de Ciencias de China, y el profesor Nicholas Harberd del Departamento de Ciencias de las Plantas de la Universidad de Oxford, financiado en parte por la Iniciativa BBSRC-Newton Rice, por primera vez ha descubierto un gen que puede ayudar a alcanzar ese objetivo.

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El trabajo identificó un gen presente en el arroz que responde al nitrógeno y, por lo tanto, aumenta la acumulación de una proteína llamada NGR5 en las células vegetales. La mayor concentración de NGR5 estimulada por nitrógeno altera la estructura de los genes que inhiben el crecimiento de los macollos, apagándolos y aumentando así el número de macollos que mejoran el rendimiento.

Harberd dijo que «Descubrir cómo el nitrógeno estimula el crecimiento de macollos fue emocionante en sí mismo. Pero nuestro descubrimiento fue particularmente emocionante porque NGR5 controla la actividad (a través de un mecanismo conocido como modulación de la cromatina) de múltiples genes en el genoma del arroz, genes probablemente responsables de muchas diferentes respuestas del arroz al nitrógeno del suelo, además del crecimiento de los macollos».

El aumento en el número de macollos de GRV también es causado por la acumulación de otra proteína promotora de la ramificación llamada DELLA, una acumulación que es reducida por la hormona vegetal giberelina (GA). El estudio encontró que GA también reduce la acumulación de NGR5, y que el crecimiento de los macollos es producto de interacciones complejas entre las proteínas NGR5 y DELLA.

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La mayor actividad de NGR5 aumenta el rendimiento del cultivo y la eficiencia del uso de nitrógeno. Crédito: Xiangdong Fu, Instituto de Genética y Biología del Desarrollo, Academia de Ciencias de China, Beijing, China.

Harberd agregó que «Luego razonamos que un aumento adicional en la acumulación de NGR5 podría aumentar el número de macollos y el rendimiento con el uso reducido de fertilizantes. Para nuestro deleite, encontramos que aumentar la acumulación de NGR5 causó un aumento tanto en el número de macollos, como en el rendimiento de granos de una variedad elite de GRV, especialmente a niveles bajos de fertilizantes».

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Los investigadores dicen que NGR5 ahora debería convertirse en un objetivo importante para los mejoradores de plantas para aumentar el potencial de rendimiento de los cultivos y la eficiencia en el uso de fertilizantes, un objetivo necesario para alimentar a una población mundial en crecimiento a un costo ambiental reducido.

Para concluir Harberd agregó que «Este estudio es un excelente ejemplo de cómo perseguir objetivos fundamentales de la ciencia de las plantas puede conducir rápidamente a posibles soluciones a los desafíos globales. Descubre cómo las plantas coordinan su crecimiento en respuesta a la disponibilidad de nitrógeno en el suelo, luego muestra cómo ese descubrimiento puede permitir el mejoramiento estrategias para una seguridad alimentaria sostenible y futuras nuevas revoluciones verdes».