Una mutación en raíces podría permitir que los cultivos se autofertilicen

Investigadores de la Universidad de Aarhus realizaron un descubrimiento que podría revolucionar la agricultura al identificar una pequeña región proteica que determina si las plantas aceptan o rechazan bacterias fijadoras de nitrógeno. Al modificar solo dos aminoácidos, lograron convertir un receptor defensivo en uno que apoya la simbiosis. Este avance inicial en cebada sugiere que los cultivos de cereales podrían ser diseñados para fijar nitrógeno por sí mismos, lo que podría reducir drásticamente el uso de fertilizantes y las emisiones de gases de efecto invernadero.

Las plantas requieren nitrógeno para crecer, y la mayoría de las especies de cultivos dependen de fertilizantes para obtenerlo. Sin embargo, un pequeño grupo de plantas, como los guisantes, el trébol y los frijoles, pueden crecer sin nitrógeno añadido al formar asociaciones con bacterias específicas que convierten el nitrógeno del aire en una forma que la planta puede absorber.

Desbloqueando los secretos de la fijación natural de nitrógeno

Los científicos de todo el mundo trabajan para comprender la base genética y molecular de esta capacidad natural de fijación de nitrógeno, con la esperanza de que esta característica pueda ser introducida en cultivos importantes como el trigo, la cebada y el maíz. Si se logra, estos cultivos podrían proveerse de su propio nitrógeno, lo que reduciría la necesidad de fertilizantes sintéticos, que actualmente representan aproximadamente el dos por ciento del consumo energético global y generan emisiones significativas de CO2.

Los investigadores de la Universidad de Aarhus identificaron cambios en receptores en las plantas que les permiten desactivar temporalmente sus defensas inmunitarias y entrar en una relación cooperativa con las bacterias fijadoras de nitrógeno. Las plantas utilizan receptores en la superficie celular para detectar señales químicas de microorganismos en el suelo. Algunas bacterias liberan compuestos que advierten a la planta que son "enemigos", lo que provoca una acción defensiva, mientras que otras indican que son "amigas" capaces de suministrar nutrientes.

Las leguminosas, como los guisantes, los frijoles y el trébol, permiten que bacterias especializadas entren en sus raíces. Dentro de estos tejidos radiculares, las bacterias convierten el nitrógeno de la atmósfera y lo comparten con la planta. Esta asociación, conocida como simbiosis, es la razón por la cual las leguminosas pueden crecer sin fertilizantes artificiales.

Los investigadores de la Universidad de Aarhus encontraron que esta capacidad está fuertemente influenciada por solo dos aminoácidos, que actúan como pequeños "bloques de construcción" dentro de una proteína de raíz. "Este es un hallazgo notable e importante", afirmó Simona Radutoiu.

La proteína de raíz funciona como un "receptor" que interpreta señales de las bacterias, determinando si la planta debe activar su sistema inmunológico o aceptar a las bacterias. El equipo identificó una pequeña región en la proteína receptora que denominaron Determinante de Simbiosis 1. Esta región actúa como un interruptor que controla qué mensaje interno recibe la planta.

Al modificar solo dos aminoácidos dentro de este interruptor, los investigadores cambiaron un receptor que normalmente desencadena la inmunidad para que, en cambio, iniciara la simbiosis con las bacterias fijadoras de nitrógeno. "Hemos demostrado que dos pequeños cambios pueden hacer que las plantas alteren su comportamiento en un punto crucial: de rechazar bacterias a cooperar con ellas", explicó Radutoiu.

Ampliando el potencial a cultivos alimentarios importantes

En experimentos de laboratorio, los investigadores lograron modificar este cambio en la planta Lotus japonicus. Luego probaron el concepto en cebada y encontraron que el mecanismo funcionó allí también. "Es bastante notable que ahora podamos tomar un receptor de cebada, hacer pequeños cambios en él y que la fijación de nitrógeno funcione nuevamente", comentó Kasper Røjkjær Andersen.

El potencial a largo plazo es significativo. Si estas modificaciones pueden aplicarse a otros cereales, podría ser posible criar trigo, maíz o arroz capaces de fijar nitrógeno por sí mismos, similar a las leguminosas. "Pero primero debemos encontrar las otras claves esenciales", advirtió Radutoiu. "Solo muy pocos cultivos pueden realizar simbiosis hoy en día. Si podemos extender eso a cultivos de uso general, realmente puede marcar una gran diferencia en cuánto nitrógeno necesita ser utilizado".

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