Trigo que fabrica parte de su propio fertilizante

Científicos de la Universidad de California en Davis han desarrollado plantas de trigo que estimulan la producción de su propio fertilizante, abriendo el camino hacia una menor contaminación del aire y del agua en todo el mundo y menores costos para los agricultores.

El equipo utilizó la herramienta de edición genética CRISPR para que las plantas de trigo produjeran más de una de sus sustancias químicas naturales. Cuando la planta libera el exceso de sustancia química en el suelo, esta ayuda a ciertas bacterias del suelo a convertir el nitrógeno del aire en una forma que las plantas cercanas pueden utilizar para crecer. Este proceso de conversión se denomina fijación de nitrógeno. El estudio fue publicado en línea en  Plant Biotechnology Journal. La tecnología fue desarrollada por un equipo liderado por  Eduardo Blumwald , distinguido profesor del Departamento de Ciencias Vegetales. 

“En África, la gente no usa fertilizantes porque no tiene dinero, y las granjas son pequeñas, de no más de seis u ocho acres”, dijo Blumwald. “Imagínate que estás plantando cultivos que estimulan las bacterias del suelo para crear el fertilizante que los cultivos necesitan de forma natural. ¡Increíble! ¡Qué gran diferencia!”

El avance en el trigo se basa en el trabajo previo del equipo  con el arroz . También se está investigando para extender esta tecnología a otros cereales. 

Cómo funciona este trigo que produce su propio fertilizante

Las plantas absorben solo entre el 30 y el 50 % del nitrógeno presente en los fertilizantes. Gran parte del nitrógeno que no utilizan fluye a los cursos de agua, lo que puede crear «zonas muertas» carentes de oxígeno, asfixiando a los peces y otras formas de vida acuática. Un exceso de nitrógeno en el suelo produce óxido nitroso, un potente gas que contribuye al calentamiento global. 

Las bacterias fijadoras de nitrógeno producen una enzima llamada nitrogenasa, el «fijador» en la fijación de nitrógeno. La nitrogenasa solo se encuentra en las bacterias y solo puede actuar en entornos con muy poco oxígeno. 

Las legumbres tienen estructuras radiculares, llamadas nódulos, que proporcionan un hogar acogedor y con poco oxígeno para que vivan las bacterias fijadoras de nitrógeno. A diferencia de las legumbres, el trigo y la mayoría de las demás plantas no tienen nódulos radiculares donde se encuentran las nitrogenasa.

Durante décadas, los científicos han intentado desarrollar cultivos de cereales que produzcan nódulos radiculares activos o colonizar cereales con bacterias fijadoras de nitrógeno, sin mucho éxito. Nosotros utilizamos un enfoque diferente —dijo Blumwald—. Dijimos que la ubicación de las bacterias fijadoras de nitrógeno no es importante, siempre que el nitrógeno fijado pueda llegar a la planta y esta pueda utilizarlo.

Para encontrar una solución alternativa, el equipo analizó primero 2800 sustancias químicas que las plantas producen de forma natural. Encontraron 20 que, entre otras funciones útiles para la planta, también estimulan la producción de biopelículas bacterianas. Las biopelículas son una capa pegajosa que rodea a las bacterias y crea un ambiente con bajo contenido de oxígeno, lo que permite el funcionamiento de la nitrogenasa. Los científicos determinaron cómo la planta produce estas sustancias químicas y qué genes controlan dicho proceso. 

Luego, el equipo utilizó la herramienta de edición genética CRISPR para modificar las plantas de trigo y que produjeran más de una de esas sustancias químicas, una flavona llamada apigenina. El trigo, ahora con más apigenina de la que necesita, libera el exceso a través de sus raíces al suelo. En los experimentos que realizaron, la apigenina del trigo estimuló a las bacterias del suelo a crear biopelículas protectoras, lo que permitió que la nitrogenasa fijara el nitrógeno y que las plantas de trigo lo asimilaran.

El trigo también mostró un rendimiento mayor que las plantas de control cuando se cultivó en una concentración muy baja de fertilizante nitrogenado.

Menos fertilizantes, más ahorro y mejor para el medio ambiente

Las plantas absorben solo entre el 30 y el 50 % del nitrógeno presente en los fertilizantes. Gran parte del nitrógeno que no utilizan fluye a los cursos de agua, lo que puede crear «zonas muertas» carentes de oxígeno, asfixiando a los peces y otras formas de vida acuática. Un exceso de nitrógeno en el suelo produce óxido nitroso, un potente gas que contribuye al calentamiento global. 

Al estimular la fijación biológica de nitrógeno directamente en el entorno de la raíz, el trigo que produce su propio fertilizante en parte podría reducir las dosis necesarias de abono aplicado. Según las estimaciones manejadas en el estudio para Estados Unidos, donde se calcula que casi 500 millones de acres están sembrados con cereales, un ahorro conservador del 10% en fertilizante supondría ya más de 1.000 millones de dólares al año para los agricultores.