Aunque en algunos países, como España, la natalidad se ha reducido notablemente en los últimos años, lo cierto es que la población mundial sigue creciendo, a la vez que los suelos cultivables disminuyen. Como consecuencia, conseguir alimentos suficientes para abastecer a todo el planeta podría convertirse en un verdadero problema, si no se hace nada para evitarlo.
A día de hoy, uno de los cultivos más empleados para proporcionar alimentos a los habitantes de las zonas más desfavorecidas es el arroz. Se trata de un producto barato, nutritivo, y fácil de cultivar, que además no requiere tratamientos concretos para su transporte. Por eso, es un candidato perfecto para los científicos que buscan formas de mejorar la producción de alimentos que puedan paliar los brotes de hambruna que están por venir.
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Y lo hacen de formas muy diferentes. En 2017, por ejemplo, un grupo de investigadores chinos desarrolló una planta de arroz que podía cultivarse en agua salada. Esto facilitaría un aumento de la producción; ya que, cuando el agua dulce escasee, siempre se podría recurrir a la del mar. Ahora, un equipo de científicos del mismo país, concretamente de la Universidad Agrícola del Sur de China, ha llevado la investigación por otros derroteros, al buscar un método para optimizar la fotosíntesis, consiguiendo así una mayor producción del ansiado cereal. Lo han hecho gracias a una técnica conocida como bypass de fotorrespiración, que ya se había realizado en el pasado con otras plantas, pero nunca con arroz. Sus resultados se han publicado hoy mismo, en Molecular Plant.
La clave está en la fotosíntesis
Para llevar a cabo esta técnica es necesario conocer dos procesos esenciales en el metabolismo de las plantas: la fotosíntesis y la fotorrespiración. El primero es el mecanismo por el cual el dióxido de carbono y el agua se transforman en oxígeno y azúcares muy ricos en energía, que estimulan el crecimiento de la planta, a través de una ruta concreta en la que interviene también la luz del Sol. Por otro lado, durante la fotorrespiración se produce el efecto contrario, ya que se utiliza oxígeno y se obtiene dióxido de carbono como producto. En este caso no se genera energía, sino que se consume, por lo que es un proceso negativo para la planta. De hecho, si las tasas de fotorrespiración se igualan o superan a las de la fotosíntesis a causa de algún factor externo, el crecimiento de la planta se ralentiza.
Lo que se pretende con el bypass es desviar la ruta de la fotorrespiración, de modo que se aumente la tasa de fotosíntesis, como cuando se abre un “nuevo camino” para una arteria obstruida. Es un proceso que ya se ha llevado a cabo en plantas modelo de laboratorio, especialmente las del género Arabidopsis, pero nunca en arroz.
Se trata de un proceso de bioingeniería, en el que se modifican genéticamente las plantas, de modo que en sus cloroplastos-los orgánulos en los que se produce la fotosíntesis y se inicia la fotorrespiración- se expresen los genes que codifican tres enzimas muy importantes: la glicolato oxidasa, la oxalato oxidasa y la catalasa. De este modo se consigue un desvío, desde la fotorrespiración hasta la fotosíntesis, ¿pero cómo?
Las enzimas son proteínas que intervienen en reacciones concretas, aumentando su velocidad. Para ello, utilizan uno o varios sustratos que se transforman, convirtiéndose en productos que, a su vez, puede ser sustratos de otra reacción. En este caso, la primera enzima forma parte de la ruta de reacciones que se dan normalmente en la fotorrespiración. Sin embargo, las otras abren un nuevo camino y van dando lugar a productos que finalmente desembocan en oxígeno, de modo que se “corta” la fotorrespiración, mejorando la tasa de fotosíntesis y el crecimiento de la planta.
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Una vez finalizado el proceso, la tasa de fotorrespiración se suprimió entre un 18% y un 31% en comparación con la normal, mientras que la tasa fotosintética neta aumentó en un 15%-22%. Además, las plantas modificadas, llamadas plantas GOC por las siglas de las enzimas, eran más verdes y más grandes, con un peso seco entre un 14% y un 35% más alto. Finalmente, también se observaron mejoras en el rendimiento del grano, que mejoró en temporada de siembra de un 7% a un 27%.
El siguiente paso de estos investigadores de cara a un futuro será reproducir lo que han hecho hasta ahora en otras variedades de arroz, e incluso en otras plantas necesarias para el abastecimiento de alimentos, como la patata.