Científicos insertaron una proteína animal en arroz y papa y duplicaron los rendimientos de cosecha

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La bioeconomía como modelo de desarrollo industrial sostenible

El enfoque de la bioeconomía se ha instalado como una de la formas más eficaces para contrarrestar los efectos del calentamiento global, causante del cambio climático, y a la vez, contribuir al desarrollo de las naciones. Fundamentalmente, en aquellas donde la agricultura y sus encadenamientos productivos están más desarrollados.
 
 

La manipulación del ácido ribonucleico (ARN) puede permitir que los cultivos aumenten dramáticamente sus rendimientos, así como la tolerancia a estrés hídrico, dijo un grupo de científicos de la Universidad de Chicago, la Universidad de Pekín y la Universidad de Guizhou.

En las pruebas iniciales, la adición de un gen que codifica una proteína llamada FTO a las plantas de arroz y papa aumentó su rendimiento 50% en pruebas a campo. Las plantas crecieron fuertes, produjeron sistemas de raíces más largos y pudieron tolerar mejor el estrés por sequía. El análisis también mostró que habían aumentado su tasa de fotosíntesis.

«El cambio es realmente dramático», dijo el profesor Chuan He de la Universidad de Chicago, quien junto con la profesora Guifang Jia de la Universidad de Pekín dirigieron la investigación. “Es más, funcionó con casi todos los tipos de plantas con las que lo probamos hasta ahora, y es una modificación muy simple de hacer”.

Los investigadores, junto con otros expertos destacados, tienen esperanzas en el potencial de este avance, especialmente de cara al cambio climático y otras presiones que están atravesando los sistemas agrícolas en todo el mundo.

“Esto realmente brinda la posibilidad de diseñar plantas para mejorar potencialmente el ecosistema a medida que avanza el calentamiento global”, dijo He. «Dependemos de las plantas para muchas, muchas cosas, desde madera, alimentos y medicinas hasta flores y aceite, y esto ofrece potencialmente una forma de aumentar el material que podemos obtener de la mayoría de las plantas».

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«Esta es una tecnología muy interesante y podría ayudar a abordar los problemas de la pobreza y la inseguridad alimentaria a escala global, y también podría ser útil para responder al cambio climático», dijo Michael Kremer, Premio Nobel por su trabajo en alivio de la pobreza global y se desempeña como profesor universitario de economía en Harris School of Public Policy de la Universidad de Chicago.

Durante décadas, los científicos han estado trabajando para impulsar la producción de cultivos frente a un clima cada vez más inestable y una población mundial en pleno crecimiento. Pero estos procesos suelen ser complicados y, a menudo, solo dan lugar a pequeños cambios incrementales.

La forma en que se produjo este descubrimiento fue bastante diferente.

Muchos de nosotros recordamos el ARN de la biología de la escuela secundaria, donde nos enseñaron que la molécula de ARN lee el ADN y luego produce proteínas para realizar tareas. Pero en 2011, el laboratorio de He abrió un campo de investigación completamente nuevo al descubrir las claves de una forma diferente en la que los genes se expresan en los mamíferos. Resulta que el ARN no se limita a leer el plano del ADN y ejecutarlo a ciegas; la propia célula también puede regular qué partes del plano se expresan. Lo hace colocando marcadores químicos en el ARN para modular qué proteínas se producen y cuántas.

Él y sus colegas se dieron cuenta de inmediato de que esto tenía importantes implicancias para la biología. Desde entonces, su equipo y otros en todo el mundo han estado tratando de comprender el proceso y como afecta a los animales, las plantas y diferentes enfermedades humanas. He es cofundador de una empresa de biotecnología que ahora desarrolla nuevos medicamentos contra el cáncer basados ​​en la selección de proteínas de modificación del ARN.

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Él y Guifang Jia, una ex investigadora postdoctoral de la universidad de Chicago que ahora es profesora asociada en la Universidad de Pekín, comenzaron a preguntarse cómo afectaba a la biología vegetal.

Se enfocaron en una proteína llamada FTO, la primera proteína conocida que borra las marcas químicas en el ARN, que Jia encontró como investigadora postdoctoral en el grupo de He en Chicago. Los científicos sabían que funcionaba en el ARN para afectar el crecimiento celular en humanos y otros animales, por lo que intentaron insertar el gen en las plantas de arroz y luego observaron con asombro cómo las plantas respondían favorablemente.

«Creo que fue entonces cuando todos nos dimos cuenta de que estábamos haciendo algo especial», dijo.

Las plantas de arroz produjeron tres veces más arroz en condiciones de laboratorio. Cuando lo probaron en pruebas de campo reales, las plantas desarrollaron un 50% más de biomasa y produjeron 50% más de arroz. Cultivaron raíces más largas, realizaron la fotosíntesis de manera más eficiente y pudieron resistir mejor el estrés de la sequía.

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Los científicos repitieron los experimentos con plantas de papa, que son parte de una familia completamente diferente. Los resultados fueron los mismos.

Científicos insertaron una proteína animal en arroz y papa y duplicaron los rendimientos de cosecha
A la izquierda, plantas de arroz sin la modificación del ARN. A la derecha, una planta de arroz con la modificación de ARN que aumenta el rendimiento. Imagen cortesía de Yu et al.

«Eso fue extremadamente emocionante», dijo.

Los científicos tardaron más en comenzar a comprender cómo estaba sucediendo esto. Nuevos experimentos demostraron que la proteína FTO comienza a trabajar más temprano en el desarrollo de la planta, aumentando la cantidad total de biomasa que produce.

Los científicos creen que la proteína FTO controla un proceso conocido como m6A, que es una modificación clave del ARN. En este escenario, la proteína FTO funciona borrando el ARN de m6A para amortiguar algunas de las señales que le dicen a las plantas que disminuyan su velocidad y reduzca el crecimiento. Imagínese una carretera con muchos semáforos; si los científicos tapan los semáforos rojos y dejan el verde, más y más coches se moverán por la carretera.

En general, las plantas modificadas produjeron significativamente más ARN que las plantas de control.

Modificando el proceso

El proceso descrito en el documento implica el uso de un gen FTO animal en una planta. Pero una vez de que los científicos comprendan completamente este mecanismo de crecimiento, piensan que podría haber formas alternativas de obtener el mismo efecto.

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«Parece que las plantas ya tienen esta capa de regulación, y todo lo que hicimos fue aprovecharla», dijo. «Así que el siguiente paso sería descubrir cómo hacerlo utilizando la genética existente de la planta».

El equipo está trabajando con la universidad y el Centro Polsky de Emprendimiento e Innovación para explorar las posibilidades.

«Incluso más allá de la comida, hay otras consecuencias del cambio climático», dijo He. «Quizás podríamos diseñar pastos en áreas amenazadas que puedan resistir la sequía. Quizás podríamos enseñarle a un árbol en el Medio Oeste a tener raíces más largas, para que sea menos probable que se derribe durante tormentas fuertes. Hay tantas aplicaciones potenciales». El estudio fue publicado en Nature Biotechnology .

 
 
 
 
 

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