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Un pequeño gen, una mayor productividad

Mario Sanz Sanz y Javier Zabalegui Bayona, alumnos de Biotecnología vegetal, tercer curso de Grado en Biotecnología en la Universidad Pública de Navarra. Profesor: Dr. Dr. Jorge Poveda Arias.

Un pequeño gen, una mayor productividad

Desde siempre ha existido la necesidad de suplir la deficiencia de alimentos que ciertos sectores de la población mundial sufren. Esto, unido a la creciente demanda de productos vegetales para gran diversidad de aplicaciones, ha disparado la búsqueda de estrategias como solución al problema. Entre ellas, el aumento del tamaño y la producción de los cultivos mediante técnicas biotecnológicas se presenta como una de las más prometedoras.

El trigo es, tras el maíz y el arroz, el cereal más consumido del mundo. Por lo tanto, aumentar su productividad es clave en el contexto actual. Estudios recientes desarrollados por la Universidad de Essex y la Unidad de Investigación de Rothamsted en Harpenden, ambas en Reino Unido, han demostrado que es posible potenciar la cosecha en un 20%. Este aumento, hasta la fecha probado en invernaderos, se basa en el aumento de eficiencia de la fotosíntesis. Hay que recordar que un aumento en la eficiencia de la fotosíntesis lleva a un mayor rendimiento y tamaño de la planta.

Para entendernos, la fotosíntesis coge luz, agua y CO2 del aire y lo convierte en energía y oxígeno. Este proceso está regulado por unas rutas internas de la planta, especialmente por el Ciclo de Calvin. El ciclo funciona de la siguiente forma: a una molécula con 5 Carbonos (Ribulosa Bifosfato) se le añade 1 Carbono proveniente del CO2 para producir una molécula de 6 carbonos denominada glucosa, y que dará energía a la planta. Por tanto, si se aumenta el número de esas moléculas de ribulosa sobre las que añadir el Carbono del CO2, se podrá producir más glucosa y disminuir los niveles de CO2. Pero ¿cómo es posible aumentar la cantidad de ribulosa?, la respuesta está en la modificación genética. Se añadieron al ADN del trigo 2 y 6 genes que producen una enzima (SBPasa) que aumenta los niveles de la molécula de ribulosa y, en el mejor de los casos, la productividad del trigo aumentaba un 20%.

De demostrarse eficaz, es esperable que se afronten dos grandes retos de la humanidad. Más comida debería reducir el hambre en el mundo y mayor captación de CO2 por parte de las plantas, debería reducir significativamente los niveles de CO2 atmosférico y retrasar el exacerbado calentamiento global.

Existe la posibilidad de potenciar la fotosíntesis de maneras alternativas a la ya descrita. Una posibilidad consiste en potenciar un gen de una planta, el gen BBX21. Este gen hace que la planta produzca un factor de transcripción de interés. ¿Qué es, cómo funciona un factor de transcripción? Es una pregunta recurrente. Pues bien, un factor de transcripción es una proteína que se va a unir al ADN y va a ayudar a decidir qué genes se expresan, en qué cantidad y en qué momento. Este factor de transcripción va a hacer que la fotosíntesis sea más eficaz cuando no hay suficiente agua. Tras realizar experimentos, se observó un aumento del 10-15% en la producción de tubérculos en patatas en sequía respecto a patatas sin potenciar el gen BBX21. Es decir, de esta forma se puede obtener más cantidad de alimento y además hacerlo en zonas de sequía, que predominan en las regiones donde el alimento escasea.

Por otro lado, transformar plantas para que produzcan aceite en los tejidos vegetativos, en lugar de que lo hagan en las semillas, podría ayudar a suplir la creciente demanda de aceite vegetal para alimentación, biocombustibles o industria química. De esta forma, las plantas modificadas acumularían el aceite en sus hojas, las cuales tienen mayor cantidad de biomasa que las semillas, aumentando la producción de aceite por planta. Para hacerlo era necesario modificar las plantas genéticamente. En lugar de cambiar solo un gen, como hemos explicado en los dos casos anteriores, fue necesario aumentar la expresión de tres genes, WR11, DGAT1 y el gen de la oleosina. Al modificar la planta se obtuvo un sorprendente resultado, ¡el 15% del peso seco de la hoja era aceite! Vale, perfecto, pero… ¿Cuánto aceite suele haber en una hoja? La respuesta muestra lo increíble del resultado, y es que menos del 0,2% del peso seco de la hoja corresponde a aceite en las plantas silvestres. Sin embargo, no todo podía salir bien. Un cambio de tal calibre provoca alteraciones en otros procesos de la planta. En este caso, al acumular el aceite en las hojas, se alteró el reparto del carbono entre azúcares y grasas, provocando que la planta sufriese un crecimiento más lento. Para solucionarlo se añadió un gen, en este caso del factor de transcripción DOF4, que pertenece a las cianobacterias. Recordemos que, como decíamos antes, los factores de transcripción regulan la expresión del ADN. Pues bien, este factor hace aumentar el crecimiento de la planta ya que le da a la hoja más carbono y azúcares, consiguiendo finalmente una mayor producción de aceite sin alterar el crecimiento normal de la planta. Todas estas modificaciones se hicieron sobre tabaco, pero otras plantas como caña de azúcar o el sorgo podrían responder también favorablemente.

Por todo lo mencionado, las plantas transgénicas aparecen como una estrategia seria frente a grandes desafíos que abarcamos en el siglo XXI. Ejemplos de esto son el aumento de los niveles de CO2, la producción de energía mediante biocombustibles y la falta de alimento en el mundo (o su injusto reparto, mejor dicho). Es una obligación moral promocionar el estudio de técnicas que puedan mejorar la vida de la población mundial, junto con su implementación, si la evidencia científica no las demuestra como perjudiciales.

Si bien la legislación en Europa ha sido restrictiva en cuanto al cultivo y estudio de transgénicos, parece divisarse un cambio de estrategia. El gobierno británico ha dado pasos para adecuar la legislación a la coyuntura actual. ¿Será 2023 el año que la Unión Europea abra la puerta a los transgénicos siguiendo los pasos de su exsocio?  El tiempo lo dirá. Desde luego parece una decisión coherente, pues el consumo de transgénicos lleva tiempo siendo permitido en Europa. De esta forma, una legislación más flexible y una inversión de recursos seria en biotecnología podrían convertir a ésta en nuestro mejor aliado para hacer frente a los problemas principales de este siglo.

Bibliografía

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