La planta en la fotografía principal es Arabidopsis thaliana. Se utilizaron 60 plantas con niveles activados de TGA1 y 60 plantas normales para medir las diferencias entre los dos tipos de plantas. Dado que TGA1 está conservado en plantas, incluyendo arroz, tomate y trigo, los descubrimientos tienen implicancias para mejorar la eficiencia del uso del nitrógeno en cultivos de interés agronómico.
El principal resultado de la investigación ayudaría a limitar el uso de fertilizantes en cultivos agrícolas, disminuir la contaminación por compuestos nitrógenados en cursos de agua y, a su vez, mejorar el crecimiento de las plantas.
Desde hace años se ha determinado que la producción de los cultivos agrícolas se relaciona con la cantidad de nitrógeno aplicado en los campos. Es por esta razón que nutrientes nitrogenados – como la urea – se usa en grandes cantidades para optimizar la producción de los cultivos. Sin embargo, el incremento del uso de fertilizantes ha traído consecuencias negativas para el ambiente, que incluyen la contaminación de fuentes de agua como ríos y lagos. Hasta la fecha, se desconoce el mecanismo por el cual las plantas ajustan su crecimiento de acuerdo a la cantidad de nitrógeno disponible, lo que es clave para diseñar estrategias para incrementar el crecimiento vegetal y disminuir el uso de fertilizantes.
Hoy martes 12 de mayo se hizo público un trabajo que revela el mecanismo molecular que conecta, la percepción de la cantidad de nitrógeno disponible, con los cambios en la biomasa de la plantas. El estudio se publicó en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences of USA, y participaron como co-autores el Dr. José Miguel Álvarez y el Dr. Rodrigo Gutiérrez, ambos investigadores del Instituto Milenio de Biología Integrativa (iBio).
José Miguel Alvarez, investigador de iBio y la Universidad Mayor, comentó que el trabajo es el resultado de una colaboración entre la Universidad Católica con investigadores de la Universidad de Nueva York (NYU), donde realizó su Postdoctorado, y donde además participaron Joseph Swift, Viviana Araus y Gloria Coruzzi, directora del laboratorio de biología de sistemas de plantas.
Uno de los principales hallazgos de esta investigación colaborativa fue diseñar una planta que crece hasta tres veces más que una planta normal. “Lo que hicimos fue incrementar la activación de un gen, cuyo nombre es TGA1, el cual es un regulador maestro que induce cambios de la expresión genética de cientos de genes. TGA1 entonces conecta señales externas, como la disponibilidad de nitrógeno, con procesos internos que promueven el crecimiento planta”, explicó Alvarez.
Variaciones en la concentración de nitrógeno en el suelo produce cambios rápidos en la expresión genética de las plantas. TGA1 es el encargado de comandar esos cambios. Los investigadores demostraron que al incrementar la activación de TGA1, los cambios en la expresión genética ocurren de manera más rápida, y como consecuencia la planta se adapta y crece con mayor velocidad.
Las plantas con niveles incrementados de TGA1 habían aumentado las tasas de crecimiento en respuesta al nitrógeno, alcanzando una biomasa vegetal tres veces mayor que las plantas de tipo control. Esto según los investigadores es muy significativo porque se reduce considerablemente la cantidad de nitrógeno que necesitan las plantas para crecer.
Otra novedad de este estudio fue el uso de estrategias multidisciplinarias que incluyeron pruebas genéticas, uso y desarrollo de nuevas técnicas genómicas (análisis de más de 25.000 genes de manera simultanea), todo esto acompañado del uso de herramientas computacionales y modelamiento matemático para el análisis de una gran cantidad de datos.
Es claro que, con el aumento de la demanda de alimentos, el uso de fertilizantes también crece, sobre todo en suelos empobrecidos. “Los vegetales no absorben todo el nitrógeno con el que se fertiliza y se terminan contaminando los cursos de agua y las napas subterráneas. Por eso existe una necesidad urgente de generar cultivos que sean más eficientes en el uso del nitrógeno, para así disminuir el uso de fertilizantes nitrogenados, y aminorar los efectos negativos en el ambiente”. Concluyó el Dr. José Miguel Alvarez.