Científicos desarrollarán cultivos que produzcan su propio nitrógeno
Los científicos están un paso más cerca de dar a más plantas la capacidad de aprovechar las bacterias fijadoras de nitrógeno, lo que reduciría la necesidad de fertilizantes y, a su vez, reduciría los costos para los agricultores y mitigaría los impactos ambientales.
El nitrógeno es un componente esencial de la vida. Las plantas solo pueden absorber nitrógeno en algunas de sus formas químicas. Algunas de estas formas de nitrógeno se encuentran naturalmente en los suelos, pero por lo general no en las cantidades necesarias para alcanzar un rendimiento adecuado de los cultivos. El nitrógeno es abundante en el aire, pero en una forma que las plantas no pueden usar.
Algunas bacterias que viven en el suelo pueden convertir el nitrógeno atmosférico en una de las formas que las plantas pueden usar, esto se llama fijación de nitrógeno. Algunas especies de plantas, principalmente en la familia de las leguminosas, han desarrollado nódulos de raíz que atraen y albergan estas bacterias. Estos nódulos permiten que la planta absorba el nitrógeno que fijan las bacterias y, a cambio, las bacterias obtienen azúcares de la planta”, dijo Matias Kirst, profesor de genómica vegetal en la Facultad de Ciencias Forestales, Pesqueras y Geomáticas de la UF/IFAS y miembro del Instituto de Genética de la UF.
«Las grandes preguntas que tenemos son, ¿podemos enseñar a otras plantas a hacer nódulos y estos nódulos atraerán bacterias fijadoras de nitrógeno?» Kirst dijo. Antes de poder responder a estas preguntas, los científicos necesitan una mejor comprensión de cómo las leguminosas, las plantas fijadoras de nitrógeno originales, forman sus propios nódulos. Descubrir este proceso complejo podría permitir a los científicos replicarlo en otras plantas, dijo Kirst, autora principal de un nuevo estudio que desglosa ese proceso.
“Cuando las legumbres entran en contacto con microbios fijadores de nitrógeno, sabemos que hay un gran aumento de una hormona vegetal llamada citoquinina y que esto conduce a la formación de nódulos. En este estudio, queríamos obtener una imagen en tiempo real de cuándo ocurre ese aumento y dónde ocurre la actividad en las plantas que forman nódulos”, dijo Kirst.
Fluorescencia
Para observar eso jugada por jugada, el equipo de investigación utilizó una técnica que provoca fluorescencia en presencia de citoquinina (el área brilla en la oscuridad), lo que permite a los investigadores ver cada movimiento de la hormona. Descubrieron que la actividad de la citoquinina ocurre en dos etapas. En la primera etapa, la citoquinina se produce en la capa externa de la raíz y se mueve hacia adentro. En la segunda etapa, esa parte interna de la raíz empuja hacia afuera como un globo, formando el nódulo.
El estudio también encontró que esta segunda etapa de la actividad de la citoquinina está controlada por un gen llamado IPT3. Lo confirmaron tanto a través de la técnica de fluorescencia como al observar plantas a las que les faltaba el gen IPT3. En las plantas a las que les faltaba el gen, no se produjo la formación de nódulos, lo que les dice a los investigadores que este gen juega un papel clave en el proceso. Todas las plantas tienen citoquinina y el gen IPT3, dijo Kirst.
“Biológicamente hablando, cada planta tiene los ingredientes para hacer un nódulo, pero es cuestión de expresar el gen correcto en el momento y lugar correctos. Esto es lo que estamos aprendiendo de esta investigación. Esperamos aplicar este conocimiento al desarrollo de plantas que puedan generar nódulos”, explicó Kirst. Después de eso, la próxima gran pregunta es si las bacterias fijadoras de nitrógeno se trasladarán a esos nódulos, dijo Kirst.
El estudio, que se publica en la revista «Fisiología vegetal», fue escrito por un equipo interdisciplinario de investigadores de UF/IFAS, la Universidad de Wisconsin – Madison y el Instituto de Investigación Noble. El estudio fue apoyado por una subvención del Departamento de Energía de los Estados Unidos
